KR20220051758A - Thermal control system and the method of battery cells with improved efficiency and safety - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a battery thermal management apparatus for cooling a thermoelectric device to put out a fire, and a method thereof. More particularly, the present invention relates to a battery thermal management apparatus for cooling an electric element heating element such as a battery of an energy storage system (ESS) in various schemes by stages, and has fire extinguishing function when a fire occurs, and a method thereof. The present invention prevents generation of a fire by cooling high temperature heating elements such as a battery of an ESS. In addition, the present invention may stop cooling when a fire occurs during cooling to operate fire extinguishment.

Description

효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치 및 관리방법 {Thermal control system and the method of battery cells with improved efficiency and safety}{Thermal control system and the method of battery cells with improved efficiency and safety}

본 발명은 배터리와 같은 발열 전기소자를 냉각하고, 화재를 소화하기 위한 열관리장치 및 관리방법에 관한 것으로서, 에너지 저장장치(ESS)의 배터리와 같은 전기소자 발열체를 단계별 다양한 방식으로 냉각시키고, 화재 발생시에는 소화 기능까지도 가능하도록 하는 열관리장치 및 관리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management device and a management method for cooling a heating electric element such as a battery and extinguishing a fire, wherein an electric element heating element such as a battery of an energy storage system (ESS) is cooled in various ways step by step, and when a fire occurs relates to a thermal management device and management method that enables even a fire extinguishing function.

최근 에너지를 미리 저장했다가 필요한 시간대에 사용하는 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)의 보급이 가파르게 증가되고 있다. 이러한 ESS는 리튬이온 배터리(Li-ion Battery, LiB)와 같은 전력저장원, 전력제어장치(PCS, Power Conversion System), 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System) 등으로 구성되는데, 이중 전력저장원인 리튬이온 배터리는 고온, 발열로 인해 화재에 취약한 구성이다.Recently, the distribution of energy storage system (ESS), which stores energy in advance and uses it when necessary, is rapidly increasing. This ESS is composed of a power storage source such as a lithium-ion battery (LiB), a power control device (PCS, Power Conversion System), and an energy management system (EMS), among which the power storage source is Lithium-ion batteries are vulnerable to fire due to high temperature and heat.

리튬이온 배터리의 광범위한 사용과 대용량화에 따라, 배터리 발화사고를 유발하게 되었고, 효율적인 냉각이 이루어지지 않으면 각종 화재가 발생하고 있는 것으로 나타나고 있다. 특히 리튬이온 배터리로 인해 발생되는 화재는, A, B, C, D급의 화재특성을 모두 갖고 있는데, 분리막, 파우치 등의 플라스틱 재질이 연소하면서 보이는 A급 일반 가연물 화재의 특성이 있으며, 또한, 과거의 2차전지와는 달리 전해액으로서 인화성 액체에 해당하는 유기용매가 들어 있으므로 B급 유류화재의 특성도 있다. 그리고 자체적으로 충전된 전기 에너지를 갖고 있어 점화원으로 작용할 수 있는 C급 전기화재로 분류할 수도 있으며, 금속화재인 D급 화재 특성도 있다. With the widespread use and capacity increase of lithium-ion batteries, a battery fire accident has occurred, and various fires are occurring if efficient cooling is not performed. In particular, fires caused by lithium-ion batteries have all the fire characteristics of A, B, C, and D, and have the characteristics of a class A general combustible fire that is seen when plastic materials such as separators and pouches are burned. Unlike the secondary batteries of the past, since the electrolyte contains an organic solvent that is a flammable liquid, it also has the characteristics of a Class B oil fire. In addition, it can be classified as a Class C electric fire that can act as an ignition source because it has its own charged electric energy, and it also has the characteristics of a Class D fire, which is a metal fire.

따라서 복합적 특성을 갖는 ESS 화재는 대응이 쉽지 않다는 문제가 있으며, 더욱이 리튬이온 배터리는 독특한 열폭주(thermal runaway)와 재발화(reignition) 특성을 보이고 있다. Therefore, there is a problem that it is not easy to respond to ESS fires with complex characteristics, and moreover, lithium-ion batteries have unique thermal runaway and reignition characteristics.

열폭주는 배터리 셀의 자기 발열로 인한 급격한 온도상승을 의미하며, 열폭주는 양극과 음극 사이의 고분자 분리막의 붕괴로부터 시작된다. 이러한 분리막으로 주로 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 계열의 고분자는 녹는점이 125~160℃로서, 고온에서 안정성이 취약하다. 분리막이 분해되면 양극과 음극이 직접 접촉되면서 내부에 충전된 에너지의 급격한 방출과 함께 유기 용매인 전해액이 열분해 되고, 이로 인해 인화성 가스(VOC 가스)가 발생한다. 가스 팽창으로 인해 압력이 일정 수준 이상으로 높아지면 배터리셀 밖으로 인화성 가스와 전해액이 누출되면서 발화하게 된다. 열폭주의 원인으로는 기계적인 충격으로 인한 분리막의 천공, 과충전 및 과방전과 같은 전기적 요인, 제품 자체의 결함 등이 있으며, 또한 배터리와 무관한 외부 화재로 인한 착화도 가능하다. 또한, 재발화는 한번 배터리에서 화재가 시작되었다가 소화 활동에 의해 화염이 진압된 뒤에도 일정 시간 경과 후 다시 불꽃을 내면서 연소가 시작되는 현상이다. 다량의 배터리셀이 집합된 형태에서 화재가 발생한 경우, 일단 초기 화염이 제거되었다 할지라도 최초 발화된 배터리와 인접한 다른 배터리셀이 전도열 또는 복사열에 의해 열적 손상을 받아 자체적인 전기 에너지에 의해 열폭주가 시작되고 다시 발화하게 된다. Thermal runaway refers to a rapid temperature rise due to self-heating of a battery cell, and thermal runaway begins with the breakdown of the polymer separator between the anode and the cathode. Polyolefin-based polymers such as polyethylene or polypropylene, which are mainly used as such separators, have a melting point of 125 to 160° C., and thus have poor stability at high temperatures. When the separator is decomposed, the anode and the cathode come into direct contact, and the electrolyte solution, an organic solvent, is thermally decomposed along with the rapid release of the energy charged therein, thereby generating flammable gas (VOC gas). When the pressure rises above a certain level due to gas expansion, flammable gas and electrolyte leak out of the battery cell and ignite. Causes of thermal runaway include perforation of the separator due to mechanical shock, electrical factors such as overcharging and overdischarging, and defects in the product itself. Also, ignition due to an external fire unrelated to the battery is possible. In addition, re-ignition is a phenomenon in which a fire starts in the battery once, and after a certain period of time has elapsed after the flame is suppressed by fire extinguishing activity, it starts burning again with a flame. When a fire occurs in the form of a large number of battery cells assembled, even if the initial flame is removed, the battery cells adjacent to the first ignited battery are thermally damaged by conduction or radiant heat, and thermal runaway occurs due to their own electrical energy. starts and fires again.

이러한 리튬이온 배터리의 열폭주 및 재발화 특성 때문에 배터리 화재는 초기 진압에 실패하면 화재를 진압하는 것이 거의 불가능하게 된다. 배터리 화재는 최근까지도 물을 이용한 냉각을 통해 화재를 제어하게 되는 경우가 많은데, 화재 발생 현장에서는 감전과 배터리 내 금속성 물질 및 가연성 가스 발생으로 인한 폭발적 연소 우려가 있으며, 물로 인한 누수가 발생할 경우 배터리 및 주변 장치에 치명적인 손상이 발생되는 문제도 유발한다.Due to the thermal runaway and re-ignition characteristics of these lithium-ion batteries, it becomes almost impossible to extinguish the fire if the initial fire suppression fails. Battery fires are often controlled through cooling using water until recently. At the site of a fire, there is a risk of electric shock and explosive combustion due to the generation of metallic materials and flammable gases in the battery. It also causes catastrophic damage to peripheral devices.

따라서 이러한 배터리 화재를 미연에 방지하기 위해서, 사전 냉각이 가장 중요하다. 냉각을 위해 유체 절연냉각제에 배터리를 침지시켜 배터리의 온도를 하강시키는 냉각방식이 있는데, 이러한 직접접촉식 냉각기술은 전기소자와 비전도성의 냉각액체가 직접접촉하여 냉각하므로, 열을 전달하는 중간 매개체가 없어 열저항이 작고, 공기보다 높은 밀도의 냉각제로 열을 전달하므로 냉각성능이 매우 우수하다는 장점이 있다. 또한 불소원소를 포함하고 비등점을 갖는 액체를 사용하면 평상시 열관리 매체로 기능하다가 배터리에 화재가 발생할 경우, 배터리 주변의 절연유체가 증발하면서 열을 흡수하고 절연유체가 열분해 되는 과정에서 화재의 연쇄반응을 차단하는 소방약제로서 어느 정도 작용하기도 한다.Therefore, in order to prevent such a battery fire in advance, pre-cooling is the most important. For cooling, there is a cooling method in which the temperature of the battery is lowered by immersing the battery in a fluid insulating coolant. It has low thermal resistance because there is no air gap, and the heat is transferred to a coolant with a higher density than air, so it has the advantage of very good cooling performance. In addition, if a liquid containing elemental fluorine and a boiling point is used, it normally functions as a thermal management medium. In the event of a fire in the battery, the insulating fluid around the battery evaporates and absorbs heat, and a chain reaction of the fire occurs in the process of thermal decomposition of the insulating fluid. It also acts to some extent as a fire-fighting agent that blocks.

그러나 이러한 절연냉각제를 통한 소화 기능은 절연냉각제의 보유량에 따른 한계가 있을 수밖에 없으며, 소화 성능 역시 사용된 절연냉각제의 증발잠열 수준일 수밖에 없어, 절연냉각제가 감당할 수 없는 수준의 화재가 발생할 경우에는 소화가 불가능하게 된다.However, the fire extinguishing function through such an insulating coolant has a limit depending on the amount of insulating coolant stored, and the extinguishing performance is also at the level of the latent heat of evaporation of the used insulating coolant. becomes impossible

한편, 높은 효율의 냉각, 소화를 위해서는 절연냉각제를 가득 담아 사용하여야 하는데, 고가의 절연냉각제가 과도하게 필요하여 높은 제조 비용이 발생되고, 유체 특성상 시스템의 무게가 상당히 증가되는 문제점이 있었다. On the other hand, for high-efficiency cooling and fire-extinguishing, an insulating coolant must be filled and used. Excessive expensive insulating coolant is required, resulting in high manufacturing costs and a significant increase in the weight of the system due to the characteristics of the fluid.

이에 최소한의 절연냉각제만을 사용하고자, 절연냉각제를 순환시키고 냉각시키며 재사용하는 방법이 안출되고 있다. 그러나 이 경우 절연냉각제의 증발, 누수 등 손실에 의해 절연냉각제가 감소되어 부족해지는 현상이 있더라도, 이를 보충하거나 관리하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한 냉각에도 불구하고 화재가 발생하는 경우, 냉각제만으로는 화재를 진압할 수 없다는 문제점이 있다. In order to use only the minimum amount of insulation coolant, a method of circulating, cooling and reusing insulation coolant has been devised. However, in this case, there is a problem in that even if there is a phenomenon that the insulating coolant is reduced due to loss such as evaporation or leakage of the insulating coolant, it is difficult to supplement or manage it. In addition, when a fire occurs despite cooling, there is a problem that the fire cannot be extinguished with only the coolant.

따라서 배터리의 성능 향상과 열적 안정성 확보를 위해 배터리 열관리 시스템에 관한 효율적인 냉각기술들과 화재 발생시 신속한 진압을 위한 다양한 방식의 소화시스템에 관한 연구가 진행되고 있으며, 냉각 등의 열관리 중 화재가 발생되면, 소화운전을 진행할 수 있도록 하고, 또한 화재의 종류에 따라 다양한 소화약제를 제공할 수 있는 장치의 필요성이 대두되고 있다.Therefore, in order to improve battery performance and secure thermal stability, research is being conducted on efficient cooling technologies for battery thermal management systems and various fire extinguishing systems for rapid fire suppression in case of fire. There is a need for a device capable of providing a fire extinguishing operation and providing various fire extinguishing agents according to the type of fire.

또한 포소화약제가 합성계면활성제를 기반으로 하여 팽창비 500배 이상의 높은 팽창률의 거품을 발생시켜 거품으로 화재의 표면을 덮어 가연성 증기와 산소의 접촉을 방지하는 산소 차단효과(질식효과)와 거품 속에 함유된 수분에 의한 냉각효과가 탁월하기 때문에 열폭주 및 재발화 특성이 있는 ESS 화재 대응에 매우 효과적인 것으로 밝혀지므로, 냉각용 절연냉각제를 사용하는 냉각장치와 포소화약제를 사용하는 소화장치를 결합하여 ESS에 적합한 열관리장치 시스템의 구성을 제안하기에 이르렀다.In addition, the anti-foaming agent is based on synthetic surfactants and generates bubbles with a high expansion rate of more than 500 times the expansion ratio. Because it is found to be very effective in responding to ESS fires with thermal runaway and re-ignition characteristics because of the excellent cooling effect by the accumulated moisture, the ESS using a cooling device using an insulating coolant for cooling and a fire extinguishing device using a fire extinguishing agent is combined. We have come to propose a configuration of a thermal management system suitable for

특허 제10-2031645호 (2019년 10월 14일 공고)Patent No. 10-2031645 (published on October 14, 2019)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 에너지 저장장치(ESS)와 같은 고발열 전기소자에서의 냉각 및 화재를 동시에 관리하고, 제어하기 위한 시스템 및 제어 단계를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a system and a control step for simultaneously managing and controlling cooling and fire in a high-heating electric device such as an energy storage system (ESS).

또한 본 발명은 냉각에도 불구하고, 화재가 발생하는 경우 화재 진압을 위한 소화운전도 가능하도록 하는 배터리 열관리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for thermal management of a battery that enables a fire extinguishing operation to suppress a fire in case a fire occurs despite cooling.

또한 본 발명은 효율적인 열관리를 위해, 절연냉각제의 수위를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 배터리 열관리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a battery thermal management device and method for freely controlling the level of an insulating coolant for efficient thermal management.

또한 본 발명은 절연냉각제의 저장량 대비 향상된 유효흡입수두를 확보하도록 순환펌프의 배치 위치를 개선한 배터리 열관리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a battery thermal management device and method in which the arrangement position of the circulation pump is improved to secure an improved effective suction head compared to the storage amount of the insulating coolant.

또한 본 발명은 순환펌프 고장시에도 이를 대체할 수 있도록 소화장치의 가압가스를 활용한 시스템 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a system and a control method using pressurized gas of a fire extinguishing device so that it can be replaced even when the circulation pump fails.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention may be understood by the following description, and will be more clearly understood by an embodiment of the present invention. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부에 배터리부(120)를 수납하고 절연냉각제를 수용할 수 있는 케이스(110)를 구비하는 배터리 수용장치(100); 복수의 배터리셀(121)이 적층되는 배터리부(120); 상기 배터리부(120) 배치 위치의 일측에 구비되어 상기 케이스(110) 내의 절연냉각제를 외부로 배출시키는 순환펌프(130); 상기 순환펌프(130)와 연결되어 상기 순환펌프(130) 작동시 배출되는 절연냉각제가 유입되는 냉각부(200); 상기 냉각부(200)에서 냉각되어 배출되는 절연냉각제가 유입되어 수용되는 저장용기(300); 상기 저장용기(300)로부터 배출되는 절연냉각제가 상기 케이스(110)의 내부로 유입되는 경로에 설치되어 유입로를 개폐하거나 유입량을 조절하기 위한 절연냉각제 공급밸브(320); 상기 배터리부(120) 또는 상기 케이스(110) 내부 또는 내부의 절연냉각제의 온도를 감지하는 온도감지부(170); 및 상기 온도감지부(170)로부터 입력되는 온도 감지 신호에 따라, 상기 순환펌프(130)의 동작, 상기 냉각부(150)의 동작, 공급밸브의 개폐 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부(160);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소화기능을 갖춘 배터리 열관리장치를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes a battery accommodating device 100 that houses the battery unit 120 therein and includes a case 110 capable of accommodating an insulating coolant; a battery unit 120 in which a plurality of battery cells 121 are stacked; a circulation pump 130 provided at one side of the battery unit 120 arrangement position to discharge the insulating coolant in the case 110 to the outside; a cooling unit 200 connected to the circulation pump 130 and into which an insulating coolant discharged when the circulation pump 130 operates; a storage container 300 in which the insulating coolant cooled and discharged from the cooling unit 200 is introduced and accommodated; an insulating coolant supply valve 320 installed in a path through which the insulating coolant discharged from the storage container 300 flows into the inside of the case 110 to open and close the inflow path or control the inflow amount; a temperature sensing unit 170 for sensing the temperature of the insulating coolant inside or inside the battery unit 120 or the case 110; and a control unit 160 for controlling at least one of an operation of the circulation pump 130, an operation of the cooling unit 150, and opening and closing of a supply valve according to a temperature sensing signal input from the temperature sensing unit 170 It provides a battery thermal management device having a fire extinguishing function, characterized in that it comprises a.

소화약제를 수용하고 있는 소화장치(500)를 더 구비하고, 상기 소화장치(500)로부터 배출되는 소화약제가 상기 케이스(110)의 내부로 유입되는 경로에 설치되어 유입로를 개폐하거나 유입량을 조절하기 위한 소화약제 공급밸브(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fire extinguishing device 500 accommodating the fire extinguishing agent is further provided, and the fire extinguishing agent discharged from the fire extinguishing device 500 is installed in the path flowing into the inside of the case 110 to open and close the inflow path or control the inflow amount It is characterized in that it includes a fire extinguishing agent supply valve 420 for

상기 소화장치(500)는: 소화약제가 수용된 소화약제 저장용기(510); 및 가압가스가 수용된 가압가스 저장용기(520);를 포함하여 구성되고, 상기 소화장치(500)로부터 상기 저장용기(300)에 연결되는 가압관(530); 및 상기 가압관(530)의 경로에 설치되는 가압가스 공급밸브(540)를 더 포함하여 구성되어, 상기 가압가스 공급밸브(540)의 개방시, 상기 소화장치(500)로부터 가압가스가 상기 저장용기(300) 내로 공급되어, 상기 저장용기(300) 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치(100) 내부로 가압되어 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.The fire extinguishing device 500 includes: a fire extinguishing agent storage container 510 in which the fire extinguishing agent is accommodated; and a pressurized gas storage container 520 in which the pressurized gas is accommodated, and a pressurized pipe 530 connected from the fire extinguishing device 500 to the storage container 300; and a pressurized gas supply valve 540 installed in the path of the pressurized pipe 530, so that when the pressurized gas supply valve 540 is opened, the pressurized gas from the fire extinguishing device 500 is stored It is supplied into the container 300 , and the insulating coolant in the storage container 300 may be supplied by being pressurized into the battery accommodating device 100 .

상기 제어부(140)는: 상기 온도감지부(170)로부터의 감지값이 기준 온도 이상인 것으로 판단되는 경우, 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 개방하거나, 개방율을 더 높이거나, 상기 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출을 중단하거나, 배출량을 감소시켜, 상기 배터리 수용장치(100) 내로 유입되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치(100)로부터 배출되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치(100) 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 높아지도록 하는 것을 특징으로 한다.The control unit 140: When it is determined that the value detected by the temperature sensing unit 170 is equal to or higher than the reference temperature, the insulating coolant supply valve 320 is opened, the opening rate is increased, or the circulation pump ( 130) by stopping or reducing the discharge of the insulating coolant, the amount of the insulating coolant flowing into the battery accommodating device 100 is greater than the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device 100, the battery It is characterized in that the level of the insulating coolant accommodated in the accommodating device 100 is increased.

상기 제어부(140)는: 상기 온도감지부(170)로부터의 감지값이 기준 온도 미만으로 하강하는 것으로 판단되는 경우, 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 차단하거나, 개방율을 낮추거나, 상기 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출을 시작하거나, 배출량을 증가시켜, 상기 배터리 수용장치(100)로부터 배출되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치(100)로 유입되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치(100) 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 낮아지도록 하는 것을 특징으로 한다.The control unit 140: When it is determined that the value detected by the temperature sensing unit 170 falls below the reference temperature, the insulating coolant supply valve 320 is blocked, the opening rate is lowered, or the circulation By starting or increasing the discharge of the insulating coolant of the pump 130, the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device 100 is greater than the amount of the insulating coolant flowing into the battery accommodating device 100, It is characterized in that the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device 100 is lowered.

상기 제어부(140)는: 상기 저장용기(300) 내에 화재가 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 차단하여, 상기 저장용기(300)로부터 절연냉각제가 유입되는 것을 중지하고, 상기 소화약제 공급밸브(420)를 개방하여, 상기 소화장치(500)로부터 소화약제가 상기 배터리 수용장치(100) 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.The control unit 140: When it is determined that a fire has occurred in the storage container 300, by blocking the insulating coolant supply valve 320 to stop the inflow of the insulating coolant from the storage container 300, The fire extinguishing agent supply valve 420 is opened to allow the fire extinguishing agent to flow into the battery accommodating device 100 from the fire extinguishing device 500 .

상기 제어부(140)는: 상기 온도감지부(170)로부터의 감지값이 절연냉각제의 기화 온도 이상인 것으로 일정 시간 이상 지속되는 것으로 판단되는 경우, 상기 소화약제 공급밸브(420)를 차단하여 소화약제의 유입을 중단하고, 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 다시 개방하여, 상기 저장용기(300)로부터 절연냉각제가 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.The control unit 140: When it is determined that the value detected by the temperature sensing unit 170 is equal to or higher than the vaporization temperature of the insulating coolant and continues for a certain period of time or more, the fire extinguishing agent supply valve 420 is blocked to remove the fire extinguishing agent. The inflow is stopped and the insulating coolant supply valve 320 is opened again to allow the insulating coolant to flow in from the storage container 300 .

상기 소화장치(500)는: 소화약제가 수용된 소화약제 저장용기(510); 및 가압가스가 수용된 가압가스 저장용기(520);를 포함하여 구성되고, 상기 소화장치(500)로부터 상기 저장용기(300)에 연결되는 가압관(530); 및 상기 가압관(530)의 경로에 설치되는 가압가스 공급밸브(540)를 더 포함하여 구성되어, 상기 저장용기(300)로부터 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치(100)로 공급되도록 하기 위해, 상기 제어부(130)는: 상기 가압가스 공급밸브(540)의 개방하여, 상기 소화장치(500)로부터 가압가스가 상기 저장용기(300) 내로 공급되어, 상기 저장용기(300) 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치(100) 내부로 가압되어 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.The fire extinguishing device 500 includes: a fire extinguishing agent storage container 510 in which the fire extinguishing agent is accommodated; and a pressurized gas storage container 520 in which the pressurized gas is accommodated, and a pressurized pipe 530 connected from the fire extinguishing device 500 to the storage container 300; and a pressurized gas supply valve 540 installed in the path of the pressurized pipe 530 , so that the insulating coolant is supplied from the storage container 300 to the battery accommodating device 100 , the The control unit 130: by opening the pressurized gas supply valve 540, the pressurized gas is supplied from the fire extinguishing device 500 into the storage container 300, the insulating coolant in the storage container 300 is the battery It is characterized in that it is supplied by being pressurized into the receiving device 100 .

또한, 복수의 배터리셀(121)이 적층되는 배터리부(120)를 내부에 수납하는 배터리 수용장치(100)의 케이스(110) 내부로 절연냉각제를 투입하여, 절연냉각제가 배터리부(120)에 직접 접촉되도록 하는 단계; 하강되는 절연냉각제를 순환펌프(130)를 통해 상기 케이스(110)의 외부로 배출시키는 단계; 배출된 절연냉각제를 냉각부(200)에서의 열교환을 통해 냉각시키는 단계; 상대적으로 저온 냉각된 절연냉각제가 배출되어 저장용기(300) 내에 수용되어 보관되도록 하는 단계; 및 상기 저장용기(300)와 상기 배터리 수용장치(100)의 사이 경로에 설치된 절연냉각제 공급밸브(320)의 개폐에 따라 상기 배터리 수용장치(100) 내로 공급되는 절연냉각제의 양이 조절되는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소화기능을 갖춘 배터리 열관리방법을 제공한다.In addition, by injecting an insulating coolant into the case 110 of the battery accommodating device 100 accommodating the battery part 120 in which the plurality of battery cells 121 are stacked therein, the insulating coolant is applied to the battery part 120 . direct contact; discharging the descending insulating coolant to the outside of the case 110 through the circulation pump 130; cooling the discharged insulating coolant through heat exchange in the cooling unit 200; discharging the relatively low-temperature cooled insulating coolant to be accommodated in the storage container 300 and stored; and adjusting the amount of the insulating coolant supplied into the battery accommodating device 100 according to the opening and closing of the insulating coolant supply valve 320 installed in the path between the storage container 300 and the battery accommodating device 100; It provides a battery thermal management method with a fire extinguishing function, characterized in that it comprises a.

온도감지부(170)를 통해 상기 배터리부(120) 또는 상기 케이스(110) 내부 또는 내부의 절연냉각제의 온도를 감지하는 단계; 및 감지된 온도값이 기준 온도 이상인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리 수용장치(100) 내에 수용되는 절연냉각제의 수위를 일시적으로 높이는 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 절연냉각제의 수위를 일시적으로 높이는 단계는: 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 개방하거나, 개방율을 더 높이는 단계, 또는 상기 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출을 중단하거나, 배출량을 감소시키는 단계 중 어느 하나 이상의 공정을 통해, 상기 배터리 수용장치(100) 내로 유입되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치(100)로부터 배출되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치(100) 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 높아지도록 하는 것을 특징으로 한다.Sensing the temperature of the insulating coolant inside or inside the battery unit 120 or the case 110 through the temperature sensing unit 170; and temporarily increasing the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device 100 when it is determined that the sensed temperature value is equal to or greater than the reference temperature, and temporarily increasing the level of the insulating coolant. is: through any one or more of the steps of opening the insulating coolant supply valve 320, increasing the opening rate further, or stopping the discharge of the insulating coolant of the circulation pump 130, or reducing the discharge amount, the The amount of the insulating coolant introduced into the battery accommodating device 100 is greater than the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device 100, so that the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device 100 is increased characterized in that

상기 배터리 수용장치(100) 내에 화재가 발생한 것을 판단하는 단계; 및 상기 배터리 수용장치(100) 내로 소화약제를 공급하는 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 소화약제를 공급하는 단계는: 소화약제 공급밸브(420)를 개방하여, 소화장치(500)로부터 소화약제가 상기 배터리 수용장치(100) 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.determining that a fire has occurred in the battery accommodating device 100; and supplying the extinguishing agent into the battery accommodating device 100; and supplying the extinguishing agent includes: opening the extinguishing agent supply valve 420, and providing the extinguishing agent from the extinguishing device 500 is characterized in that it flows into the battery accommodating device 100 .

상기 온도감지부(170)로부터의 감지값이 절연냉각제의 기화 온도 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 것을 감지하는 단계; 및 상기 배터리 수용장치(100) 내의 재발화 차단 단계를 포함하여 구성되고, 상기 재발화 차단 단계는: 상기 소화약제 공급밸브(420)를 차단하여 소화약제의 유입을 중단하는 단계, 상기 절연냉각제 공급밸브(320)를 다시 개방하여, 상기 저장용기(300)로부터 절연냉각제가 다시 유입되도록 하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.detecting that the sensed value from the temperature sensing unit 170 continues for more than a predetermined time in a state equal to or higher than the vaporization temperature of the insulating coolant; and a re-ignition blocking step in the battery accommodating device 100, wherein the re-ignition blocking step includes: blocking the extinguishing agent supply valve 420 to stop the inflow of the extinguishing agent, supplying the insulating coolant It is characterized in that it is configured to include the step of re-opening the valve 320 to allow the insulating coolant to flow again from the storage container 300 .

상기 저장용기(300)와 연결된 상기 소화장치(500)의 가압가스 저장용기(520) 사이의 가압가스 공급밸브(540)를 개방하는 단계; 상기 가압가스 저장용기(520)의 가압가스가 상기 저장용기(300) 내부로 유입되는 단계; 및 유입된 가압가스에 의해 상기 저장용기(300) 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치(100) 내로 가압되며 공급되는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.opening a pressurized gas supply valve (540) between the storage container (300) and the pressurized gas storage container (520) of the fire extinguishing device (500); introducing the pressurized gas of the pressurized gas storage container (520) into the storage container (300); and the step of supplying the insulating coolant in the storage container 300 by being pressurized into the battery accommodating device 100 by the introduced pressurized gas.

본 발명은, 에너지 저장장치의 배터리와 같은 고발열체를 냉각시킴으로써 화재 발생을 예방하도록 하는 효과를 갖는다.The present invention has the effect of preventing the occurrence of fire by cooling a high heating element such as a battery of an energy storage device.

또한 본 발명은, 냉각운전 중임에도 온도가 내려가지 않거나, 높은 온도로 유지되는 경우, 절연냉각제의 수위를 높여, 배터리가 절연냉각제에 잠길 수 있도록 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of increasing the level of the insulating coolant when the temperature does not go down or is maintained at a high temperature even during the cooling operation so that the battery can be immersed in the insulating coolant.

또한 본 발명은, 냉각 중 화재 발생시, 냉각을 중단하고, 화재 소화운전을 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of stopping the cooling when a fire occurs during cooling and enabling a fire extinguishing operation.

또한 본 발명은, 순환펌프를 대체하여, 소화장치와 저장용기를 상호 조합하여 별도의 복잡한 구성이나 구조 없이도, 절연냉각제를 공급할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of supplying an insulating coolant without a separate complicated configuration or structure by combining a fire extinguishing device and a storage container by replacing the circulation pump.

또한, 본 발명은, 절연냉각제의 저장량 대비 유효흡입수두를 확보하여 필요 절연냉각제를 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention has the effect of minimizing the required insulating coolant by securing an effective suction head compared to the storage amount of the insulating coolant.

도 1은 본 발명의 배터리 수용장치 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 배터리 수용장치 내부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 배터리 수용장치의 내부를 단면으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 배터리 수용장치 내부의 배터리부를 나타내는 도면이다.
도 5는 배터리 수용장치로 절연냉각제가 냉각되어 공급되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 소화장치를 구비하는 배터리 열관리장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 열관리장치의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 배터리 수용장치 내의 절연냉각제 수위가 달라지는 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 열관리장치의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 열관리제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 열관리 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따라 배터리 수용장치 내의 절연냉각제 수위가 달라지는 상태를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an external appearance of a battery accommodating device of the present invention.
2 is a view showing the inside of the battery accommodating device of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the inside of the battery accommodating device of the present invention.
4 is a view showing a battery unit inside the battery accommodating device of the present invention.
5 is a view showing a state in which the insulating coolant is cooled and supplied to the battery accommodating device.
6 is a view showing a battery thermal management device having a fire extinguishing device according to the present invention.
7 is a diagram illustrating a connection structure of a battery thermal management device according to the present invention.
8 is a view showing a state in which the level of the insulating coolant in the battery accommodating device is changed according to the present invention.
9 is a diagram illustrating a connection structure of a battery thermal management device according to the present invention.
10 is a flowchart illustrating a thermal management control process of the present invention.
11 is a diagram illustrating another embodiment of a battery thermal management device according to the present invention.
12 is a view showing a state in which the level of the insulating coolant in the battery accommodating device is changed according to the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "~ unit" described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 배터리 수용장치 외관을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 배터리 수용장치 내부를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 수용장치(100)는 케이스(110)로 외관이 감싸져 있고, 그 케이스(110)의 상방에는 냉각부(200)가 배치되고, 그 측방에는 각 구성들을 감지하거나, 동작, 개폐를 제어하는 제어부(140)가 배치된다.1 is a view showing the exterior of the battery accommodating device of the present invention, Figure 2 is a view showing the inside of the battery accommodating device of the present invention. 1 and 2 , the battery accommodating device 100 is surrounded by a case 110 , and a cooling unit 200 is disposed above the case 110 , and each component is formed on the side thereof. A control unit 140 for sensing or controlling operation and opening/closing is disposed.

냉각부(200)가 케이스(110) 상방에 설치되고, 제어부(140)가 측방에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 다양한 위치나 또는 이격된 별도의 이격된 장소에 독립적으로 설치되거나 타 구성과 함께 배치되는 것도 가능하다. 제어부(140)는 케이스(110) 외측에 구비되거나, 수동조작도 가능한 제어판, ESS 시스템 전체를 제어하는 제어부스 등으로 별도 구비될 수도 있으며, 다수의 ESS 시스템이 마련되는 구조물 내부에 구비되거나, 별도의 관제센터, 서버, PC 등의 다양한 조합으로 구성될 수도 있다.Although the cooling unit 200 is installed above the case 110 and the control unit 140 is illustrated as being installed on the side, it is installed independently in various locations or in separate spaced apart places or disposed together with other components. It is also possible The control unit 140 may be provided outside the case 110, or may be separately provided as a control panel capable of manual operation, a control unit for controlling the entire ESS system, etc., and may be provided inside a structure in which a plurality of ESS systems are provided, or separately It may be composed of various combinations of control center, server, PC, etc.

케이스(110) 내에는 배터리부(120)가 다수 배치되며, 각 배터리부(120)는 배터리셀(121)이 적층 배치되는데, 배터리셀(121)은 다른 전자기기나, 발열체로 대체될 수도 있을 것이며, 배터리부(120)는 배터리셀 뿐만 아니라 균등한 대응 구성들을 포함하는 의미로 해설될 수 있다.A plurality of battery units 120 are disposed in the case 110 , and battery cells 121 are stacked in each battery unit 120 , and the battery cells 121 may be replaced with other electronic devices or a heating element. In this case, the battery unit 120 may be interpreted as including not only battery cells but also equivalent components.

케이스(110)의 바닥면에는 일정 수위만큼 절연냉각제가 담길 수 있게 되며, 측방에 배치된 순환펌프(130)가 이를 다시 흡인하여, 외부 또는 상방으로 가압 배출시킨다. 배출되는 절연냉각제는 순환관(210)을 따라 냉각부(200)로 유입되어, 열교환을 통해 냉각된다. 냉각된 절연냉각제는 배출관(220)을 통해 배출되어, 다시 배터리 수용장치(100)의 상방으로 유입되어, 낙하, 분사되도록 한다. 케이스(110)의 내측 상부에 배치된 분배부(180)는 유입된 절연냉각제가 넓고 고르게 퍼져 분배되어 낙수되도록 하는 역할을 한다.The bottom surface of the case 110 can contain the insulating coolant as much as a predetermined water level, and the circulation pump 130 disposed on the side sucks it again, and pressurizes it to the outside or upwards. The discharged insulating coolant flows into the cooling unit 200 along the circulation pipe 210 and is cooled through heat exchange. The cooled insulating coolant is discharged through the discharge pipe 220 and again flows into the upper portion of the battery accommodating device 100 so that it is dropped and sprayed. The distribution unit 180 disposed on the inner upper portion of the case 110 serves to spread and distribute the introduced insulating coolant widely and evenly so that water falls.

절연냉각제는 상전이 비전도성 유체이며, HFE(Hydrofluoroether), FK(Fluoroketone), PFC(Perfluorocarbon) 등의 합성탄화수소 종류를 포함하는 비전도성의 액상물질이 해당된다. 이러한 절연냉각제는 케이스(110) 바닥부터 적층된 배터리셀(121)의 하단 부분이 일정 수위만큼 잠길 수 있도록 한다.Insulation coolant is a phase-transition non-conductive fluid, and non-conductive liquid material including synthetic hydrocarbons such as HFE (hydrofluoroether), FK (fluoroketone), and PFC (perfluorocarbon). This insulating coolant allows the lower portion of the battery cells 121 stacked from the bottom of the case 110 to be submerged by a predetermined water level.

배터리부(120)는 발열체인 배터리셀(121)이 적층된 것이고, 배터리셀(121)은 원통형 배터리(Cylindrical Cell), 각형 배터리(Prismatic Cell), 파우치형 배터리(Pouch Cell) 등의 다양한 형태의 배터리를 포함할 수 있다. 배터리부(120)는 ESS 시스템에 사용되는 배터리 모듈일 수 있으며, 배터리 모듈 외에도 발열하는 저장장치, 서버 또는 데이터 센터나 다양한 전자장치(PC 등), 전기소자(콘덴서 등) 등으로 균등 대체될 수도 있다.The battery unit 120 is a stacked battery cell 121, which is a heating element, and the battery cell 121 has various types such as a cylindrical battery, a prismatic cell, and a pouch cell. It may include a battery. The battery unit 120 may be a battery module used in the ESS system, and in addition to the battery module, it may be equally replaced with a storage device that generates heat, a server or data center, various electronic devices (PC, etc.), electrical devices (capacitors, etc.) there is.

냉각부(200)는 유체를 냉각시키기 위한 다양한 장치를 채택할 수 있는데, 도면의 실시예는 냉각챔버 및 냉각팬을 이용한 열교환기이다. 중앙의 냉각챔버 상부 일측에 순환관(210)이 연결되고, 하부 일측에 배출관(220)이 연결되며, 냉각챔버의 양측에는 다수의 냉각팬이 배치되어, 냉각챔버 내의 절연냉각제는 냉각팬의 동작에 의해 열교환 및 냉각되어, 배출관(220)으로 배출된다. 배출관(220)을 통해 절연냉각제는 케이스(110) 덮개의 하부에 배치된 분배부(180) 측으로 유입된다.The cooling unit 200 may adopt various devices for cooling the fluid, and the embodiment of the drawing is a heat exchanger using a cooling chamber and a cooling fan. A circulation pipe 210 is connected to one upper side of the central cooling chamber, a discharge pipe 220 is connected to one lower side, and a plurality of cooling fans are disposed on both sides of the cooling chamber, so that the insulating coolant in the cooling chamber is operated by the cooling fan is heat-exchanged and cooled, and is discharged to the discharge pipe 220 . Through the discharge pipe 220, the insulating coolant is introduced toward the distribution unit 180 disposed under the cover of the case 110.

온도감지부(170)는 온도를 감지하는 센서로서, 배터리셀(121)의 직하방이나, 배터리셀(121)의 사이사이에 배치되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 온도감지부(170)는 배터리셀(121)의 온도를 측정하거나, 또는 하부에 고인 절연냉각제의 온도를 측정하거나, 또는 낙하하는 절연냉각제의 온도를 측정하거나, 또는 케이스(110) 내부의 빈 공간 온도를 측정할 수도 있을 것이며, 측정된 온도감지값은 제어부(140)로 제공된다.The temperature sensing unit 170 is a sensor for sensing a temperature, and is preferably disposed directly below the battery cell 121 or between the battery cells 121 , but is not limited thereto. The temperature sensing unit 170 measures the temperature of the battery cell 121 , or measures the temperature of the insulating coolant accumulated in the lower portion, or measures the temperature of the falling insulating coolant, or an empty space inside the case 110 . The temperature may be measured, and the measured temperature sensing value is provided to the controller 140 .

순환펌프(130)는 절연냉각제를 냉각부(200) 측으로 순환시키는 펌프로, 케이스(110) 바닥에 배치된 배터리부(120)의 일 측방에 위치되는데, 특별히 케이스(110) 바닥 일측에 형성된 흡입수두홈(미표시) 내에, 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 순환펌프(130)는 하부에 담긴 절연냉각제의 요구 수위보다 낮은 위치에, 잠기도록 배치되며, 작동시 일측에 마련된 흡입구를 통해 절연냉각제를 흡입하고, 타측에 마련된 배출구와 연결된 순환관(210)을 통해 절연냉각제를 냉각부(200)로 공급한다.The circulation pump 130 is a pump that circulates the insulating coolant toward the cooling unit 200, and is located at one side of the battery unit 120 disposed on the bottom of the case 110. In particular, the suction formed on one side of the bottom of the case 110 It is preferably arranged at a relatively low position within the head groove (not shown). The circulation pump 130 is disposed to be submerged at a position lower than the required level of the insulating coolant contained therein, and during operation, sucks the insulating coolant through the suction port provided on one side, and the circulation pipe 210 connected to the outlet provided on the other side. The insulating coolant is supplied to the cooling unit 200 through the

도 3은 본 발명의 배터리 수용장치의 내부를 단면으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 배터리 수용장치 내부의 배터리부를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 적층된 배터리셀(121)의 상방으로는 유입된 절연냉각제를 고르게 분산하여, 뿌리거나 낙하시키기 위한 분배부(180)가 배치된다.Figure 3 is a cross-sectional view showing the inside of the battery accommodating device of the present invention, Figure 4 is a view showing the battery part inside the battery accommodating device of the present invention. Referring to FIGS. 3 and 4 , a distribution unit 180 is disposed above the stacked battery cells 121 to evenly distribute and spray or drop the introduced insulating coolant.

순환펌프(130)는 배터리부(120)의 측방에 배치되어, 순환관(210)과 연결된다. 순환펌프(130)는 케이스(110)의 바닥보다 더 낮도록 오목하게 형성된 흡입수두홈(미표시) 내에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 배터리부(120)의 하측 바닥면보다 더 낮은 위치의 흡입수두홈이 마련되도록 하며, 이 내부로 순환펌프(130)를 하방 인입시켜 배치한다.The circulation pump 130 is disposed on the side of the battery unit 120 and is connected to the circulation pipe 210 . The circulation pump 130 is preferably disposed in a suction head groove (not shown) concavely formed to be lower than the bottom of the case 110 . That is, the suction head groove is provided at a lower position than the lower bottom surface of the battery unit 120 , and the circulation pump 130 is drawn downwardly and disposed therein.

순환펌프(130)에는 흡입구와 배출구가 있으며, 흡입구에 절연냉각제가 인입되어, 펌핑 작용을 통해 가압하여 배출구를 통해 순환관(220)으로 배출시킨다. 이 때 흡입구의 중심에서 절연냉각제의 수위 까지의 높이차가 유효흡입수두인데, 유효흡입수두를 만족하여야 순환펌프가 기포 생성 없이 적절하게 동작할 수 있게 되므로, 유효흡입수두가 만족되도록 케이스(110) 내에 절연냉각제를 최소한의 수위 이상으로 채워야 한다. 즉 순환펌프(130)가 높은 위치에 있게 되면 흡입구의 위치도 높아지며 그에 따라 유효흡입수두를 만족시키기 위한 절연냉각제의 수위도 높아지게 된다. 반대로 순환펌프(130)의 위치가 낮아지면 낮아질 수록 유효흡입수두를 만족시키기 위한 절연냉각제의 수위도 낮아지게 된다. 고가의 절연냉각제의 사용량을 최소화하기 위하여, 순환펌프(130)를 다른 구성들에 비해 낮은 위치, 즉 하방 내입된 흡입수두홈 내에 배치시킴으로써, 유효흡입수두를 만족하는 절연냉각제의 수위가 최대로 낮게 형성되도록 한다.The circulation pump 130 has an inlet and an outlet, and the insulating coolant is introduced into the inlet, pressurized through a pumping action, and discharged to the circulation pipe 220 through the outlet. At this time, the difference in height from the center of the suction port to the level of the insulating coolant is the effective suction head. Since the effective suction head must be satisfied so that the circulation pump can operate properly without bubble generation, it is placed in the case 110 to satisfy the effective suction head. Insulation coolant must be filled above the minimum level. That is, when the circulation pump 130 is in a high position, the position of the suction port is also increased, and accordingly, the level of the insulating coolant to satisfy the effective suction head is also increased. Conversely, as the position of the circulation pump 130 is lowered, the level of the insulating coolant to satisfy the effective suction head is also lowered. In order to minimize the use of expensive insulating coolant, the circulation pump 130 is placed at a lower position than other components, that is, in the suction head groove that is inserted downward, so that the level of the insulating coolant that satisfies the effective suction head is as low as possible. to be formed

냉각부(200)는 내부에 다수개의 방열핀이 수평방향으로 구비되어 있으며, 순환관(210)을 통해 유입되는 절연냉각제는 다수의 방열핀을 통해 열전달 과정을 거친 후, 하부 일측에 마련된 배출관(220)으로 이동된다.The cooling unit 200 is provided with a plurality of heat dissipation fins in the horizontal direction therein, and the insulating coolant introduced through the circulation pipe 210 undergoes a heat transfer process through the plurality of heat dissipation fins, and then the discharge pipe 220 provided on the lower side. is moved to

냉각팬은 순환펌프(130)가 작동할 경우 제어부(140)의 제어에 의해 작동되는데, 감지되는 온도와 설정값에 따라, 지속적으로 동작하거나, 또는 간헐적으로 동작되도록 할 수 있다. 냉각챔버 일측 순환관(210)을 통해 공급되는 절연냉각제가 다수개의 방열핀과 냉각팬을 통해 냉각된 후, 타측에 연결된 배출관(220)으로 배출된다. The cooling fan is operated under the control of the controller 140 when the circulation pump 130 operates, and may be continuously operated or may be operated intermittently according to the sensed temperature and set value. After the insulating coolant supplied through the circulation pipe 210 on one side of the cooling chamber is cooled through a plurality of heat dissipation fins and a cooling fan, it is discharged through the discharge pipe 220 connected to the other side.

배출관(220)은 냉각챔버 타측에 연결되어, 냉각챔버에서 냉각된 절연냉각제를 케이스(110) 덮개 하측에 배치되는 분배부(180)로 유입되도록 한다. 분배부(180)는, 수용부(181), 배출공(182)을 포함한다. 분배부(180)는 배출관(220) 일측과 인접하도록 연통 배치되며, 탈부착이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.The discharge pipe 220 is connected to the other side of the cooling chamber so that the insulating coolant cooled in the cooling chamber is introduced into the distribution unit 180 disposed under the cover of the case 110 . The distribution unit 180 includes a receiving unit 181 and a discharge hole 182 . The distribution unit 180 is disposed in communication with one side of the discharge pipe 220 and is preferably detachable.

분배부(180)는 배터리부(120)의 상부에 전체적으로 대응되도록 넓게 형성되며, 배출관(220)을 통해 유입되는 절연냉각제를 수용부(181)에서 수용하며, 측방으로 퍼지며, 여러 위치의 배출공(182)으로 낙하하도록 한다. 이러한 배출공(182)은 다양한 크기, 형태로 자유롭게 구성할 수 있으며, 필요에 따라 설치 위치, 개수를 변경할 수 있다. 바람직하게는 배출공(182)의 위치가 배터리셀(121)의 벤트홀(미도시)의 상방에 위치되도록 하여, 후술할 소화약제가 벤트홀로 직접 분사, 유입될 수 있도록 유도하는 것이 바람직하다.The distribution unit 180 is formed wide to correspond to the entire upper portion of the battery unit 120 , and receives the insulating coolant flowing in through the discharge pipe 220 in the receiving unit 181 , spreads laterally, and discharges holes at various locations. Let it fall to (182). These discharge holes 182 can be freely configured in various sizes and shapes, and the installation position and number can be changed as needed. Preferably, the position of the discharge hole 182 is positioned above the vent hole (not shown) of the battery cell 121 so that the extinguishing agent to be described later is directly injected and introduced into the vent hole.

제어부(160)는 절연냉각제나 배터리 수용장치(100)의 내부 온도가 상승할 경우, 다수의 온도감지부(170)에서 감지된 온도감지 신호를 수신하여, 측정된 온도가 기 설정된 허용온도 범위를 벗어나는지 허용온도 범위 내에 있는지 또는 온도 편차가 정상범위를 벗어나는지를 판단한다.When the internal temperature of the insulating coolant or the battery accommodating device 100 rises, the control unit 160 receives the temperature sensing signals sensed by the plurality of temperature sensing units 170, and the measured temperature is within the preset allowable temperature range. It is judged whether it is out of the allowable temperature range or if the temperature deviation is out of the normal range.

도 5는 배터리 수용장치로 절연냉각제가 냉각되어 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 냉각부(200)에서 열교환 후 유입된 절연냉각제는 분배부(180)에 일시 수용되었다가, 배출공(182)을 통해 넓은 위치에 고르게 낙하하도록 한다. 낙하된 절연냉각제는 배터리부(120)의 배터리셀(121)들의 표면에 접촉하며 열을 빼앗으며 하강하게 되고, 바닥에 이르면 다시 순환펌프(130)에 의해 배출되기 전까지, 바닥에 일정 높이 고여있게 된다.5 is a view showing a state in which the insulating coolant is cooled and supplied to the battery accommodating device. Referring to FIG. 5 , the insulating coolant introduced after heat exchange in the cooling unit 200 is temporarily accommodated in the distribution unit 180 , and then evenly falls to a wide location through the discharge hole 182 . The dropped insulating coolant comes in contact with the surface of the battery cells 121 of the battery unit 120 and takes heat away, and when it reaches the bottom, it remains at a certain height on the floor until it is discharged by the circulation pump 130 again. do.

절연냉각제가 고가이기 때문에, 절연냉각제를 무작정 많이 투입시킬 수는 없으며, 절연냉각제를 적절한 양으로 설정하여, 순환펌프(130)로 순환하고 냉각부(200)로 냉각시키며 재사용하게 된다. 그런데 절연냉각제가 증발 또는 누설되어 감소되는 경우, 종래의 실시예에 따르면, 모든 절연냉각제가 전체적으로 순환되고 있으므로, 전체 순환 절연냉각제가 부족해지는 상황이 되어버리며, 자칫 냉각 기능을 제대로 수행하지 못하게 될 수도 있다. 따라서 최적의 순환율에 따른 냉각 과정을 거치면서도, 필요시 절연냉각제를 보충하거나 기타 제어가 가능하도록 하기 위한 구성 및 기능이 필요하다.Since the insulating coolant is expensive, it is not possible to inject a large amount of the insulating coolant recklessly, and the insulating coolant is set to an appropriate amount, circulated by the circulation pump 130 and cooled by the cooling unit 200 and reused. However, if the insulation coolant is reduced due to evaporation or leakage, according to the conventional embodiment, since all insulation coolants are circulated as a whole, the entire circulation insulation coolant becomes insufficient, and the cooling function may not be properly performed. there is. Therefore, it is necessary to have a configuration and function to supplement the insulating coolant or to enable other control, if necessary, while undergoing a cooling process according to the optimum circulation rate.

또한 일부 배터리셀이 냉각되지 않거나, 외부 충격 등의 이상상태로 인해, 화재가 발생되는 경우, 절연냉각제만으로는 화재를 진압하기 어려울 수 있다. 특히 배터리의 복합화재 특성으로 인해, 특정의 소화약제만이 화재 진압 효과가 있는 경우도 있기에, 단순히 냉각 외에, 화재 진압을 위한 구성 및 기능이 추가되는 것도 필요하다.In addition, when some battery cells are not cooled or a fire occurs due to an abnormal condition such as an external shock, it may be difficult to extinguish the fire with only the insulating coolant. In particular, due to the composite fire characteristics of the battery, there are cases where only a specific extinguishing agent has a fire suppression effect, so it is necessary to add a configuration and function for fire suppression in addition to simple cooling.

도 6은 본 발명에 따른 소화장치를 구비하는 배터리 열관리장치를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 배터리 열관리장치의 연결 구조를 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 9를 참조하면, 기존의 실시예에 저장용기(300)가 추가 배치되고, 또한 소화장치(500)가 추가 배치된다.6 is a diagram showing a battery thermal management device having a fire extinguishing device according to the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing a connection structure of the battery thermal management device according to the present invention. 6 and 9 , the storage container 300 is additionally disposed in the conventional embodiment, and the fire extinguishing device 500 is additionally disposed.

저장용기(300)는 냉각부(200)의 배출관(220)에 연결되어 절연냉각제가 유입되고, 그 내부에 일정량의 절연냉각제를 수용, 보관할 수 있도록 하고, 일측은 투입관(310)이 케이스(110) 내부를 향하도록 연결되며, 그 중간에는 절연냉각제 공급밸브(320)가 배치되어, 개폐 동작을 한다.The storage container 300 is connected to the discharge pipe 220 of the cooling unit 200 so that the insulating coolant is introduced, and a certain amount of the insulating coolant can be accommodated and stored therein, and the input pipe 310 has a case ( 110) is connected to face the inside, and the insulating coolant supply valve 320 is disposed in the middle to open and close.

소화장치(500)는 소화약제 저장용기(510)와 가압가스 저장용기(520)를 포함하며, 소화장치(500)로부터 공급되는 소화약제는 소화관(410)을 통해 케이스(110) 내부로 공급된다. 소화관(410)에는 소화약제 공급밸브(420)가 배치되어 개폐 동작을 하게 되고, 소화관(410)은 그 단부가 케이스(110)와 직접 연통되도록 바로 연결되거나, 또는 투입관(310)과 합류되도록 연결될 수도 있을 것이다.The fire extinguishing device 500 includes an extinguishing agent storage container 510 and a pressurized gas storage container 520 , and the extinguishing agent supplied from the extinguishing device 500 is supplied into the case 110 through the digestive tube 410 . . A fire extinguishing agent supply valve 420 is disposed in the fire extinguishing tube 410 to open and close, and the end of the fire tube 410 is directly connected so that the end thereof communicates directly with the case 110, or is joined with the input tube 310 may be connected.

소화약제 저장용기(510)는 내부에 압축공기포 소화약제가 충전되어 있으며, 구조물 외부에 배치되는 것이 바람직하나, 구조물 내부에도 배치될 수도 있을 것이다. 소화약제 저장용기(510)에 충전된 압축공기포 소화약제는, 포소화약제, 초순수, 기타 유체 소화약제 등을 사용할 수 있으며, 친환경으로 이루어진 압축공기포 포소화약제를 충전하여 사용하는 것이 바람직하다.The extinguishing agent storage container 510 is filled with a compressed air bubble extinguishing agent therein, and is preferably disposed outside the structure, but may also be disposed inside the structure. The compressed air bubble fire extinguishing agent filled in the fire extinguishing agent storage container 510 may use a fire extinguishing agent, ultrapure water, other fluid fire extinguishing agent, etc., and it is preferable to use an eco-friendly compressed air bubble extinguishing agent filled .

소화약제 저장용기(510)에 충전된 압축공기포 소화약제는, 팽창비 500배 이상의 높은 팽창률의 거품을 발생시키고, 발생된 거품으로 화재의 표면에 덮어 가연성 증기와 산소의 접촉을 방지하는 산소 차단효과(질식효과)와 거품 속에 함유된 수분에 의한 냉각효과가 탁월하기 때문에 열폭주 및 재발화 특성이 있는 배터리 화재 대응에 매우 효과적이다. 또한 이러한 압축공기포 소화약제에는 다양한 종류의 불활성 가스를 포함하도록 구성하여 리튬이온 배터리 소화에 관해 산소 차단 및 냉각효과를 최대한 상승시킬 수 있도록 구성할 수 있다.The compressed air bubble extinguishing agent filled in the extinguishing agent storage container 510 generates a bubble with a high expansion ratio of 500 times or more, and covers the surface of the fire with the generated bubble to prevent the contact of combustible vapor with oxygen. (suffocation effect) and the cooling effect by the moisture contained in the foam are excellent, so it is very effective in responding to battery fires with thermal runaway and re-ignition characteristics. In addition, these compressed air fire extinguishing agents can be configured to include various types of inert gases to maximize the oxygen blocking and cooling effect for lithium ion battery fire extinguishing.

소화약제 저장용기(510)는 가압가스 저장용기(520)와 연결되어 챔버 등에서 혼합됨으로써, 혼합 및 가압된 포혼합약제를 배출할 수 있도록 한다. 혼합되어 생성되는 포혼합약제는, 불활성 효과가 가장 뛰어난 아르곤 가스를 주성분으로 하는 소화가스와 냉각 효과와 산소차단 효과가 탁월한 압축공기포 소화약제를 사용하므로 점착력까지 증대되어 적은 양으로도 냉각 및 산소차단 효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다. The extinguishing agent storage container 510 is connected to the pressurized gas storage container 520 and mixed in a chamber, etc., so that the mixed and pressurized mixed agent can be discharged. The mixed chemical produced by mixing uses an extinguishing gas containing argon gas, which has the best inert effect, as a main ingredient, and a compressed air bubble extinguishing agent, which has excellent cooling and oxygen blocking effects. It has the advantage of maximizing the blocking effect.

소화장치(500)는 소화약제 저장용기(510)를 기본적으로 포함하며, 여기서 배출되는 소화약제는 소화관(410)을 따라 이동되어, 배출된다. 추가적으로 가압가스 저장용기(520)를 연결 구비하며, 가압가스와 소화약제가 혼합되며 가압된 소화약제가 강하게 분출될 수도 있다.The fire extinguishing device 500 basically includes a fire extinguishing agent storage container 510, and the extinguishing agent discharged here is moved along the digestive tube 410 and discharged. In addition, the pressurized gas storage container 520 is connected and provided, the pressurized gas and the extinguishing agent are mixed, and the pressurized extinguishing agent may be strongly ejected.

가압가스 저장용기(520)는 소화약제 저장용기(510)측으로 가압가스를 배출할 수 있음은 물론, 별도의 가압관(530)을 연결하여, 저장용기(300) 쪽으로 가압가스를 공급할 수 있다. 가압가스 저장용기(520)는 소화관(410)과 연결되며, 또한 가압관(530)이 저장용기(300)와 연결된다. 가압관(530)에는 가압가스 공급밸브(540)가 구비되어, 제어부(140)의 제어에 따른 가압가스 공급밸브(540)의 개폐 동작에 따라 저장용기(300)로 가압가스를 공급할 수 있게 된다.The pressurized gas storage container 520 can discharge the pressurized gas to the extinguishing agent storage container 510 side, as well as connect a separate pressure pipe 530 to supply the pressurized gas toward the storage container 300 . The pressurized gas storage vessel 520 is connected to the digestive tract 410 , and the pressurized gas storage vessel 530 is connected to the storage vessel 300 . The pressurized pipe 530 is provided with a pressurized gas supply valve 540 , so that pressurized gas can be supplied to the storage container 300 according to the opening and closing operation of the pressurized gas supply valve 540 under the control of the controller 140 . .

기존에는 순환관(210), 냉각부(200), 배출관(220)만을 거쳐, 배터리 수용장치(100)의 내부로 절연냉각제가 흘렀다면, 배출관(220)과 배터리 수용장치(100)의 사이에 저장용기(300), 투입관(310) 및 절연냉각제 공급밸브(320)가 순차적으로 추가 배치된다.Conventionally, if the insulating coolant flows into the battery accommodating device 100 through only the circulation pipe 210, the cooling unit 200, and the discharge pipe 220, between the discharge pipe 220 and the battery accommodating device 100 The storage container 300 , the input pipe 310 , and the insulating coolant supply valve 320 are sequentially additionally disposed.

또한 소화장치(500)와 소화관(410)을 배터리 수용장치(100)로 연결시켜, 필요시 또는 화재감지시, 절연냉각제 공급밸브(320)를 폐쇄하고, 소화약제 공급밸브(420)를 개방시키며, 소화약제를 제공하여 화재를 진압할 수 있다.In addition, the fire extinguishing device 500 and the fire pipe 410 are connected to the battery accommodating device 100 to close the insulating coolant supply valve 320 and open the extinguishing agent supply valve 420 when necessary or when a fire is detected. , it is possible to extinguish the fire by providing an extinguishing agent.

또한 소화장치(500)의 가압가스 저장용기(520)를 활용하여, 저장용기(300)와의 사이에 가압관(530)을 연결하고, 저장용기(300) 측으로 가압가스를 공급하여, 저장용기(300) 내의 절연냉각제가 가압되어 신속히 분무, 낙수, 분사되도록 할 수 있다.In addition, by using the pressurized gas storage container 520 of the fire extinguishing device 500, the pressure pipe 530 is connected between the storage container 300 and the pressurized gas is supplied to the storage container 300 side, and the storage container ( 300) can be pressurized to quickly spray, drip, and spray.

도 7은 본 발명에 따른 배터리 열관리장치의 연결 구조를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 배터리 열관리를 위해 다양한 운전 및 동작을 수행할 수 있다.7 is a diagram illustrating a connection structure of a battery thermal management device according to the present invention. Referring to FIG. 7 , various operations and operations may be performed for thermal management of the battery.

(1) 순환운전(1) Circulation operation

정상상태에서는 순환펌프(130)가 동작하게 되는데, 전력소모를 최소화 하기 위해, 온도감지부(170)에서 측정되는 온도에 따라 주기적으로 작동 또는 정지하게 된다.In the normal state, the circulation pump 130 operates, and in order to minimize power consumption, it is periodically operated or stopped according to the temperature measured by the temperature sensing unit 170 .

(2) 냉각운전(2) Cooling operation

온도감지부(170)에서 측정된 온도가 기준 이상으로 상승한 경우, 순환펌프(130)는 지속적으로 동작하게 되고, 냉각부(200)의 냉각팬을 지속 또는 일시적으로 동작시키게 된다. When the temperature measured by the temperature sensing unit 170 rises above the reference level, the circulation pump 130 is continuously operated, and the cooling fan of the cooling unit 200 is continuously or temporarily operated.

(3) 과열제어운전(3) Overheat control operation

냉각운전 중에도 온도가 내려가지 않고, 지속적으로 온도가 상승하는 경우, 과열제어운전을 하게 된다. 과열운전제어는, 절연냉각제가 케이스(110) 내에 수용되는 수위를 일시적으로 높이는 제어이다.If the temperature does not drop even during the cooling operation and the temperature continues to rise, the overheat control operation is performed. The overheat operation control is a control to temporarily increase the water level at which the insulating coolant is accommodated in the case 110 .

저장용기(300)를 배치하고, 그 내부에 절연냉각제가 일정량 수용되어 있도록 하여, 평상시에는 절연냉각제가 케이스(110)의 하부에서 펌핑에 필요한 최소한의 낮은 수위를 유지하도록 한다.The storage container 300 is arranged, and a certain amount of the insulating coolant is accommodated therein, so that the insulating coolant maintains a low minimum level required for pumping in the lower part of the case 110 in normal times.

낙수되는 절연냉각제의 손실, 증발에 따라 적정량에 비해 부족해져 냉각 성능이 저하되는 등의 문제를 막기 위해, 절연냉각제의 순환량이 감소되거나 유지되는 수위가 감소되는 경우 최소 냉각을 위한 필요량보다 넉넉한 양의 절연냉각제를 순환 경로 내에 수용되어 있도록 하는 것이 필요하다. In order to prevent problems such as loss of dripping insulating coolant and cooling performance due to insufficient cooling due to evaporation, a sufficient amount of insulation than required for minimum cooling is required when the circulation amount of insulating coolant is reduced or the water level maintained is reduced. It is necessary to ensure that the coolant is contained in the circulation path.

그런데 절연제냉각의 가격이 비싸고, 그 무게로 인한 문제 때문에, 무작정 모든 케이스(110) 내에 절연냉각제를 대량으로 채워넣을 수만은 없다. 따라서 저장용기(300) 내에 절연냉각제를 일부 추가 수용하고, 필요에 따라 수용하고 있던 절연냉각제를 배터리 수용장치(100) 쪽으로 추가 제공할 수 있도록 함으로써, 케이스(110) 내의 절연냉각제 수위를 최적화 상태로 유지하거나 조절할 수 있도록 한다. 정상 동작시에는 저장용기(300) 내에 절연냉각제가 어느 정도 수용된 상태로, 절연냉각제 공급밸브(320)의 개방량을 조절하여, 케이스(110) 내의 절연냉각제 수위를 낮게 유지하도록 한다.However, the cost of insulating cooling is expensive, and due to the problem of its weight, it is impossible to fill in a large amount of insulating cooling agent in all cases 110 recklessly. Therefore, the insulation coolant level in the case 110 is optimized by accommodating a part of the insulation coolant in the storage container 300 and additionally providing the insulation coolant contained therein to the battery accommodating device 100 as necessary. to be maintained or controlled. During normal operation, the insulating coolant level in the case 110 is kept low by adjusting the opening amount of the insulating coolant supply valve 320 with the insulating coolant contained in the storage container 300 to some extent.

온도감지부(170)의 온도 측정 결과, 냉각운전 중에도 온도가 내려가지 않거나, 기준 온도 이상으로 유지되거나 또는 오히려 증가하는 경우에는, 과열제어운전을 하게 되는데, 저장용기(300) 내의 절연냉각제를 과다 공급하여, 일시적으로 케이스(110) 내의 절연냉각제 수위를 높이는 방법이다. 이를 위해, 절연냉각제 공급밸브(320)를 개방하거나, 더욱 개방하여 개방율을 더 높인다. 또한 일시적으로 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출을 중단하거나, 배출량을 감소시키는 제어가 가능하다. As a result of measuring the temperature of the temperature sensing unit 170, if the temperature does not decrease during the cooling operation, is maintained above the reference temperature, or rather increases, an overheat control operation is performed. It is a method of temporarily increasing the level of the insulating coolant in the case 110 by supplying it. To this end, the insulating coolant supply valve 320 is opened or further opened to further increase the opening rate. In addition, it is possible to temporarily stop the discharge of the insulating coolant of the circulation pump 130 or control to reduce the discharge amount.

이를 통해 배터리 수용장치(100) 내로 유입되는 절연냉각제의 양이, 배출되는 절연냉각제의 양보다 많아 케이스(110) 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 높아지게 되며, 배터리셀(121)이 절연냉각제에 잠기도록 한다.Through this, the amount of the insulating coolant flowing into the battery accommodating device 100 is greater than the amount of the insulating coolant discharged, so that the level of the insulating coolant accommodated in the case 110 is increased, and the battery cell 121 is immersed in the insulating coolant. let it be

이후, 온도감지부(170)에서 측정된 온도가 기준 온도 이하 또는 미만으로 내려가는 경우, 절연냉각제의 수위를 다시 낮추도록 제어하며, 이를 위해 절연냉각제 공급밸브(320)를 일시적으로 폐쇄하거나, 또는 개방율을 낮추도록 하고, 순환펌프(130)를 동작시키거나, 펌핑 배출량을 증가시키도록 한다.Thereafter, when the temperature measured by the temperature sensing unit 170 falls below or below the reference temperature, the control to lower the level of the insulating coolant again, for this purpose, the insulating coolant supply valve 320 is temporarily closed or opened To lower the rate, to operate the circulation pump 130, or to increase the pumping amount.

하나의 저장용기(300)에 다수의 분리된 배터리 수용장치(100)를 중앙 집중식으로 연결시켜, 최소한의 저장용기(300)와 냉각부(200)를 여러 배터리 수용장치(100)가 공유하게 할 수 있다. 각 배터리 수용장치(100)에는 최소한의 필요 수위만큼의 절연냉각제가 유지되며 순환되고 중앙의 저장용기(300)에는 상대적으로 다량의 절연냉각제가 수용되어 있게 된다. 만약, 어느 한 쪽의 배터리 수용장치(100) 내부가 고온이 되며 발열제어운전 상태로 들어가게 된다면, 중앙의 저장용기(300)에 수용되어 있던 절연냉각제를 해당 배터리 수용장치(100) 쪽으로 과다 공급하여 일시적으로 수위를 높였다가, 정상상태가 되면 다시 절연냉각제를 회수하게 한다. 절연냉각제를 공유하고, 어느 한쪽으로 추가 공급했다가 회수할 수 있도록 함으로써, 절연냉각제의 필요량을 최소, 최적화 하면서도, 과열시의 발열제어운전이 하게 되는 효과가 있다.By centrally connecting a plurality of separated battery accommodating devices 100 to one storage container 300, the minimum storage container 300 and the cooling unit 200 are shared by several battery accommodating devices 100. can Each battery accommodating device 100 maintains and circulates an insulating coolant at a minimum required level, and a relatively large amount of insulating coolant is accommodated in the central storage container 300 . If the inside of the battery accommodating device 100 on either side becomes high temperature and enters the heat control operation state, the insulating coolant contained in the central storage container 300 is excessively supplied toward the battery accommodating device 100. Temporarily raise the water level, and then recover the insulating coolant again when it is in a normal state. By sharing the insulation coolant and allowing it to be additionally supplied to one side and then recovered, there is an effect of minimizing and optimizing the required amount of the insulation coolant and controlling the heat generation in case of overheating.

(4) 화재감지운전(4) Fire detection operation

온도감지부(170) 또는 기타 다양한 공지의 방법을 통해, 배터리 수용장치(100) 내의 전부 또는 일부 배터리부(120), 배터리셀(121)에서 화재가 발생된 것으로 판단하는 경우, 소화를 위한 운전을 수행한다. 이 때에는 절연냉각제의 수위 조절만으로는 화재 진압이 되지 않는 것으로 보고, 소화약제를 내부로 투입하도록 한다.When it is determined that a fire has occurred in all or part of the battery unit 120 and the battery cell 121 in the battery accommodating device 100 through the temperature sensing unit 170 or other various known methods, operation for extinguishing carry out In this case, it is considered that fire suppression cannot be achieved only by adjusting the level of the insulating coolant, and fire extinguishing agents should be put inside.

제어부(140)의 제어에 따라, 저장용기(300)와 연결된 투입관(310)의 절연냉각제 공급밸브(320)를 차단하고, 소화장치(500)와 연결된 소화관(410)의 소화약제 공급밸브(420)를 개방한다. 이 경우, 절연냉각제가 아닌 소화약제가 케이스(110) 내부로 공급되어, 화재 소화 작용을 하게 된다.Under the control of the control unit 140, the insulating coolant supply valve 320 of the input pipe 310 connected to the storage container 300 is shut off, and the extinguishing agent supply valve of the fire extinguishing pipe 410 connected to the fire extinguishing device 500 is closed ( 420) is opened. In this case, an extinguishing agent, not an insulating coolant, is supplied to the inside of the case 110 to extinguish the fire.

(5) 재발화 차단운전(5) Reignition blocking operation

화재감지 및 소화 이후에, 간혹 재발화 하는 경우가 발생된다. 재발화를 막기 위해서는, 소화 이후 다시 절연냉각제를 공급해야 하는데, 이를 재발화 차단운전이라 한다.After a fire is detected and extinguished, it is sometimes re-ignited. In order to prevent re-ignition, insulating coolant must be supplied again after fire extinguishing, which is called re-ignition blocking operation.

화재시 분사되는 포소화약제의 주요 냉각성능은 물에 의한 냉각인데, 물은 100도 이상의 소화에서는 효과적이지만 그 이하 온도에서는 효과적이지 못하다는 한계가 있다. 따라서 포소화약제를 이용하여 화재 발생 시 온도를 100도 이하로 낮추고 배터리의 온도를 감지하여야 하며, 만약 측정 온도가 여전히 절연냉각제의 기화 온도보다 높을 경우 추가적으로 절연냉각제를 분사할 필요가 있다. 재발화를 사전에 차단하기 위해, 배터리 온도가 물 등의 소화약제의 기화온도보다는 낮으나, 절연냉각제의 온도보다는 높은 경우에는, 다시 절연냉각제를 공급하도록 한다.The main cooling performance of the fire extinguishing agent sprayed in case of a fire is cooling by water, but water has a limitation in that it is effective at extinguishing temperatures above 100 degrees, but not effective at temperatures below that. Therefore, when a fire occurs using a fire extinguishing agent, the temperature should be lowered to 100 degrees or less and the temperature of the battery should be sensed. If the measured temperature is still higher than the vaporization temperature of the insulation coolant, it is necessary to additionally spray the insulation coolant. In order to prevent re-ignition in advance, when the battery temperature is lower than the vaporization temperature of the fire extinguishing agent such as water, but higher than the temperature of the insulating coolant, the insulating coolant is supplied again.

이를 위해 다시 소화약제 공급밸브(420)를 차단하고, 절연냉각제 공급밸브(320)를 개방하여, 저장용기(300)로부터 절연냉각제를 유입시키도록 한다. 이 때, 순환펌프(130)를 가동하도록 하며, 혹 화재로 인한 순환펌프(130)의 고장이나 파손이 있을 경우에는, 가압가스 저장용기(520)로부터 저장용기(300) 측으로 가압가스를 제공하여, 강제적으로 저장용기(300) 내의 절연냉각제를 밀어내며 공급하게 한다. 절연냉각제의 저장용기(300)는 케이스(110) 내에서의 절연냉각제 수위를 낮추고, 재발화 차단운전시의 추가 냉각을 위해 가압가스를 제공받아 추가 운전을 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다. 저장용기(300)가 없다면, 순환펌프(130)의 고장시 절연냉각제를 추가적으로 공급할 수도 없게 되고, 소화장치(500)의 가압가스 저장용기(520)를 활용할 방법도 없게 되는데, 저장용기(300)로 인해 남아 있는 절연냉각제를 일시 공급하거나, 가압가스 저장용기(520)를 활용한, 상호 협력 동작이 가능할 수 있게 된다.To this end, the extinguishing agent supply valve 420 is again shut off, and the insulating coolant supply valve 320 is opened to introduce the insulating coolant from the storage container 300 . At this time, the circulation pump 130 is operated, and if there is a failure or damage to the circulation pump 130 due to fire, pressurized gas is provided from the pressurized gas storage container 520 to the storage container 300 side. , to force the supply of the insulating coolant in the storage container 300 . The insulating coolant storage container 300 lowers the insulating coolant level in the case 110 and serves to receive pressurized gas for additional cooling during the re-ignition blocking operation to perform additional operation. If there is no storage container 300, it is impossible to additionally supply an insulating coolant when the circulation pump 130 fails, and there is no way to utilize the pressurized gas storage container 520 of the fire extinguishing device 500, the storage container 300 Due to this, it is possible to temporarily supply the remaining insulating coolant or to utilize the pressurized gas storage container 520, and mutually cooperative operation.

도 8은 본 발명에 따라 배터리 수용장치 내의 절연냉각제 수위가 달라지는 상태를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 일반 운전시에는 (a)와 같이 최소한의 적정 수위를 유지하도록 한다. 내부 온도가 기준점 이상으로 상승하거나, 냉각운전에 의해서도 온도가 떨어지지 않는 경우, 과열제어운전을 통해 (b)와 같이 절연냉각제의 수위를 높이도록 한다.8 is a view showing a state in which the level of the insulating coolant in the battery accommodating device is changed according to the present invention. Referring to FIG. 8 , during normal operation, a minimum appropriate water level is maintained as shown in (a). If the internal temperature rises above the reference point or the temperature does not drop even by the cooling operation, increase the level of the insulating coolant as shown in (b) through the overheat control operation.

이를 위해 저장용기(300)로부터 투입관(310)을 통해 절연냉각제가 더 많이 공급되도록 하고, 순환펌프(130)를 통한 배출은 줄이도록 한다. 과열제어운전이 종료되면, 저장용기(300)로부터 공급되는 절연냉각제의 양을 줄이거나 및/또는 순환펌프(130)로부터의 배출량을 늘려, 절연냉각제의 수위를 원상태로 복귀시키도록 한다. 종래에는 이와 같이 수위를 늘리거나 복귀시키는 운전을 수행할 수가 없는데, 별도의 저장용기(300)를 구비하고, 그 내부에 여분의 절연냉각제를 수용하여 선입선출 방식으로 순환시키도록 함으로써, 절연냉각제의 누수나 증발 등 손실에도 불구하고, 추가적인 절연냉각제가 순환 과정에 유입되도록 함으로써, 냉각 성능을 유지할 수 있도록 한다.To this end, the insulating coolant is more supplied from the storage container 300 through the input pipe 310 and the discharge through the circulation pump 130 is reduced. When the overheat control operation is finished, the amount of the insulating coolant supplied from the storage container 300 is reduced and/or the amount of the insulating coolant supplied from the circulation pump 130 is increased, so that the level of the insulating coolant is restored to its original state. Conventionally, it is not possible to perform an operation to increase or return the water level as described above, but by providing a separate storage container 300 and accommodating an extra insulation coolant therein to circulate it in a first-in-first-out manner, the insulation coolant In spite of losses such as leakage or evaporation, the cooling performance can be maintained by allowing additional insulating coolant to flow into the circulation process.

도 10은 본 발명의 열관리제어 과정을 나타내는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 제어부(140)에 의한 순환운전, 냉각운전, 과열제어운전, 화재감지운전, 재발화 차단운전 중 통상적인 순환운전, 냉각운전을 제외한, 과열제어운전, 화재감지운전, 재발화 차단운전을 순서도로 나타낸 것이다.10 is a flowchart illustrating a thermal management control process of the present invention. Referring to FIG. 10 , normal circulation operation and cooling operation are excluded during circulation operation, cooling operation, overheat control operation, fire detection operation, and re-ignition blocking operation by the controller 140, overheat control operation, fire detection operation, recurrence A flow chart showing the fire blocking operation.

과열제어운전은 어느 배터리 수용장치(100)의 내부 또는 절연냉각제가 기준 온도 이상으로 측정, 판단된 경우(S11), 해당 배터리수용장치(100)의 케이스(110) 내부의 절연냉각제 수위를 상승시키는 동작(S12)이다. 이를 위해 절연냉각제 공급밸브(320)를 조절하여 저장용기(300)로부터의 절연냉각제 공급량을 증가시키거나(S13), 및/또는 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출량을 감소시키도록 한다(S13). 저장용기(300)에 수용되어 있던 여분의 절연냉각제가 해당 케이스(110) 내부로 일시적으로 이동하여, 수위를 높이도록 한다(S15).The overheat control operation is to increase the level of the insulating coolant inside the case 110 of the battery accommodating device 100 when it is measured and determined that the internal or insulating coolant of the battery accommodating device 100 is higher than the reference temperature (S11) operation S12. To this end, the insulating coolant supply valve 320 is adjusted to increase the supply amount of the insulating coolant from the storage container 300 (S13), and/or to reduce the discharge amount of the insulating coolant from the circulation pump 130 (S13) . The excess insulating coolant contained in the storage container 300 temporarily moves to the inside of the case 110 to raise the water level (S15).

이후 배터리셀(121) 또는 절연냉각제 또는 케이스(110) 내부의 온도가 기준 온도 이하/미만으로 하강하는 경우, 과열제어운전을 중지하고, 절연냉각제 수위를 다시 낮추며 중앙의 저장용기(300)로 복귀시킨다(S21). 이러한 복귀운전을 위해, 반대로 저장용기(300)로부터의 절연냉각제 공급량을 감소, 일시 중단시키거나(S22), 및/또는 순환펌프(130)의 절연냉각제 배출량을 증가(S23)시키도록 하고, 그 후에는 기존과 같은 순환운전, 냉각운전의 정상 냉각운전을 수행한다(S24).Afterwards, when the temperature inside the battery cell 121 or the insulating coolant or the case 110 falls below/below the reference temperature, the overheat control operation is stopped, the insulating coolant level is lowered again, and the central storage container 300 is returned. make it (S21). For this return operation, on the contrary, to reduce, temporarily suspend the supply amount of the insulating coolant from the storage container 300 (S22), and/or increase the discharge amount of the insulating coolant of the circulation pump 130 (S23), and the After that, the normal cooling operation of the circulation operation and the cooling operation is performed (S24).

만약, 온도가 하강하지 않거나, 다른 공지의 여러 방법을 통해, 내부 화재로 판단되는 경우(S31), 화재감지운전을 수행한다. 이를 위해 절연냉각제 공급밸브(320)를 차단하고(S32), 소화약제 공급밸브(420)를 개방하여(S33), 소화장치(500)로부터 소화약제가 배터리 수용장치(100) 내부로 공급됨으로써, 화재를 진압할 수 있도록 한다.If the temperature does not drop or it is determined as an internal fire through other known methods (S31), a fire detection operation is performed. To this end, the insulating coolant supply valve 320 is shut off (S32), the extinguishing agent supply valve 420 is opened (S33), and the extinguishing agent is supplied from the extinguishing device 500 into the battery accommodating device 100, to be able to extinguish the fire.

화재진압 이후 측정된 온도가, 절연냉각제의 기화 온도 이상인 경우(S41)에는 재발화 차단운전을 수행한다(S42). 다시 소화약제가 충분히 접촉되지 않은 어느 위치에서 국부적으로 화재가 재발생되어 확장되는 것을 막기 위해, 절연냉각제를 재공급한다.When the temperature measured after extinguishing the fire is equal to or greater than the vaporization temperature of the insulating coolant (S41), a re-ignition blocking operation is performed (S42). Again, in order to prevent the local fire from reoccurring and expanding in a location where the extinguishing agent is not sufficiently contacted, the insulating coolant is re-supplied.

재발화 차단운전을 위해, 소화약제 공급밸브(420)를 차단하고(S43), 절연냉각제 공급밸브(320)를 개방하여(S44), 저장용기(300)에 남아 있는 절연냉각제나, 순환펌프(130)의 펌핑 동작에 의해(S45) 순환되는 절연냉각제를 다시 배터리부(120)로 공급할 수 있다. 만약, 순환펌프(130)가 화재로 인한 파손으로 동작되지 않거나, 순환 과정이 불가능한 경우, 내지는 강력한 공급을 위해, 가압가스 저장용기(520)에 저장된 가압가스를 활용하여, 저장용기(300) 측에 가압가스를 공급함으로써, 저장용기(300) 내에 수용되어 있던 절연냉각제를 고압으로 신속하게 공급할 수도 있다(S46).For the re-ignition blocking operation, the extinguishing agent supply valve 420 is shut off (S43), the insulating coolant supply valve 320 is opened (S44), and the insulating coolant remaining in the storage container 300 or the circulation pump ( The insulating coolant circulated by the pumping operation of 130 ( S45 ) may be supplied back to the battery unit 120 . If the circulation pump 130 does not operate due to damage due to fire, or if the circulation process is impossible, or for strong supply, the pressurized gas stored in the pressurized gas storage container 520 is utilized, and the storage container 300 side By supplying the pressurized gas to the storage container 300, it is also possible to quickly supply the insulating coolant at a high pressure (S46).

도 11은 본 발명에 따른 배터리 열관리 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명에 따라 배터리 수용장치 내의 절연냉각제 수위가 달라지는 상태를 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 하나의 저장용기(300)가 다수의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N)와 연결되어, 하나의 저장용기(300)가 복수의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N)에 절연냉각제를 동시에 공급하도록 할 수 있다.11 is a view showing another embodiment of a battery thermal management device according to the present invention, and FIG. 12 is a view showing a state in which the level of the insulating coolant in the battery accommodating device varies according to the present invention. 11, one storage container 300 is connected to a plurality of battery accommodating devices (100-1, 100-2, 100-3, ..., 100-N), one storage container 300 is The insulating coolant may be simultaneously supplied to the plurality of battery accommodating devices 100-1, 100-2, 100-3, ..., 100-N.

이 때 각각 분기되어 연결되는 투입관(310-1, 310-2, 310-3, …, 310-N)은 복수의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N)에 각각 연결되고, 각 투입관(310-1, 310-2, 310-3, …, 310-N)은 각각의 절연냉각제 공급밸브(320-1, 320-2, 320-3, …, 320-N)의 개별적인 개폐에 따라 각각의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N)에 유입되는 절연냉각제 그리고 소화약제의 양을 조절할 수 있게 된다. 유입된 소화약제는 각각의 순환관(210-1, 210-2, 210-3, …, 210-N)으로 배출되어 다시 저장용기(300)로 복귀하게 된다.At this time, the input pipes 310-1, 310-2, 310-3, ..., 310-N, which are branched and connected, respectively, are a plurality of battery accommodating devices 100-1, 100-2, 100-3, ..., 100 -N), and each input pipe (310-1, 310-2, 310-3, ..., 310-N) is connected to each insulating coolant supply valve (320-1, 320-2, 320-3, According to the individual opening and closing of the ..., 320-N), it is possible to control the amount of the insulating coolant and the extinguishing agent flowing into each of the battery accommodating devices (100-1, 100-2, 100-3, ..., 100-N). . The introduced fire extinguishing agent is discharged to each circulation pipe (210-1, 210-2, 210-3, ..., 210-N) and returns to the storage container (300).

한편, 케이스(110)의 상부에는 압력조정밸브(190)를 구비하여, 밀폐된 케이스(110) 내의 압력을 조절하여 유체의 빠른 유입과 음압 형성을 방지하도록 한다. 절연냉각제의 수위가 상승하는 때에는 유체의 빠른 유입을 위해 내부 공기를 방출하게 되고, 절연냉각제의 수위가 하강하는 때에는 외부 공기를 유입시켜 내부 음압을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, the upper portion of the case 110 is provided with a pressure regulating valve 190 to control the pressure in the sealed case 110 to prevent the rapid inflow of fluid and the formation of negative pressure. When the level of the insulating coolant rises, the internal air is discharged for rapid inflow of the fluid, and when the level of the insulating coolant decreases, it is preferable to prevent the internal negative pressure by introducing external air.

도 12를 참조하면, 통상적으로 저장용기(300)에서 각각의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N)로 동일한 양과 유속의 절연냉각제를 공급하고 있는 상황에서, 어느 하나의 배터리 수용장치(100-3)의 내부 온도 등이 기준치를 초과하는 것으로 감지되는 경우, 해당 배터리 수용장치(100-3)에 대한 절연냉각제의 공급을 늘려 수위를 상승시키기 위해 해당 절연냉각제 공급밸브(320-3) 및 순환펌프(130)를 제어한다. 도면상, 순환펌프(130)는 하나로 도시되어 있으나, 실제로 각각의 배터리 수용장치(100-1, 100-2, 100-3, …, 100-N) 마다 구비되는 것이 바람직하다.12, the situation in which the insulating coolant of the same amount and flow rate is typically supplied from the storage container 300 to each of the battery accommodating devices 100-1, 100-2, 100-3, ..., 100-N. In, when it is detected that the internal temperature of any one of the battery accommodating devices 100-3 exceeds the reference value, the supply of the insulating coolant to the corresponding battery accommodating device 100-3 is increased to increase the water level. The insulating coolant supply valve 320-3 and the circulation pump 130 are controlled. In the drawings, the circulation pump 130 is shown as one, but in reality, it is preferable to be provided for each battery accommodating device 100-1, 100-2, 100-3, ..., 100-N.

이 때 100-3을 제외한 다른 배터리 수용장치(100-1, 100-2, …, 100-N)의 수위는 그대로 유지되는 상태에서, 저장장치(300)의 수위가 감소되며 배터리 수용장치(100-3)의 수위가 증가할 수 있게 되고, 수위가 증가함에 따라 절연냉각제와 배터리셀(121)의 접촉 면적 및 시간이 증가하게 된다. 이 때 압력조정밸브(190)는 배터리 수용장치(100-3)의 케이스 내부 공기를 배출시켜 내부 유입이 원활하도록 한다.At this time, the water level of the other battery accommodating devices (100-1, 100-2, ..., 100-N) except for 100-3 is maintained while the water level of the storage device 300 is decreased and the battery accommodating device 100 -3) can increase, and as the water level increases, the contact area and time between the insulating coolant and the battery cell 121 increases. At this time, the pressure control valve 190 discharges the air inside the case of the battery accommodating device 100-3 so that the inside flows smoothly.

절연냉각제의 수위 증가로 인해 배터리 수용장치(100-3)의 내부 온도가 정상범위로 회복되는 경우, 다시 배터리 수용장치(100-3)의 수위를 낮추며 초과 유입되었던 절연냉각제를 유출시키고, 이 때 압력조정밸브(190)는 배터리 수용장치(100-3) 내부로 공기를 유입시켜, 내부 음압 발생을 방지한다.When the internal temperature of the battery accommodating device 100-3 is restored to the normal range due to an increase in the level of the insulating coolant, the water level of the battery accommodating device 100-3 is lowered again to drain the insulating coolant that has been introduced in excess, at this time The pressure control valve 190 introduces air into the battery accommodating device 100-3 to prevent internal negative pressure from occurring.

초과 공급되었던 절연냉각제는 다시 회류되어, 냉각 후 저장장치(300)로 복귀 및 수용되면서, 유사시 다른 배터리 수용장치에 공급될 수 있도록 하므로, 저장장치(300) 내의 절연냉각제 보관량이 다시 증가하게 된다.The insulating coolant that has been supplied in excess is circulated again and returned to and accommodated in the storage device 300 after cooling, so that it can be supplied to another battery accommodating device in case of emergency, so that the storage amount of the insulation coolant in the storage device 300 is increased again.

이로 인한 효과를 수치 개념화 하면, 만약 평상시 절연냉각제가 3L의 수위, 유사시 10L의 수위를 필요로 하는 배터리 수용장치(100)에 있어서, 10 세트의 배터리 수용장치를 배치한다면, 유사시를 대비하여 부득이하게 모두 10L 씩 채워놓아야 하므로, 10세트×10L = 100L의 절연냉각제가 필요하였다. 그런데 상기와 같은 중앙집중식 저장용기(300)와 다수의 배터리 수용장치(100) 조합을 활용하게 되면, 각각의 배터리 수용장치(100)에는 최소한의 절연냉각제를 3L 수위로 유지하고 저장용기(300)에는 7L 의 절연냉각제를 보관하고 있다가, 필요시에 해당 배터리 수용장치(100)에 저장용기(300)의 절연냉각제 7L를 공급하여 일시적으로 10L의 절연냉각제가 수용되어 수위를 높이도록 할 수 있다. 이 경우, 10세트×3L + 저장용기 7L = 37L 의 절연냉각제만이 필요하게 되어, 고가인 절연냉각제의 필요량을 상당히 절감시킬 수 있게 된다.If the effect of this is conceptualized numerically, if 10 sets of battery accommodating devices are arranged in the battery accommodating device 100 that normally requires a water level of 3L and a water level of 10L in case of emergency, inevitably in case of emergency Since all of them had to be filled by 10L, 10 sets × 10L = 100L of insulating coolant was required. However, when the combination of the centralized storage container 300 and the plurality of battery accommodating devices 100 as described above is utilized, each battery accommodating device 100 maintains the minimum insulating coolant at a 3L water level and stores the container 300. 7L of insulating coolant is stored, and when necessary, 7L of insulating coolant in the storage container 300 is supplied to the battery accommodating device 100 to temporarily accommodate 10L of insulating coolant to raise the water level. . In this case, only the insulation coolant of 10 sets × 3L + storage container 7L = 37L is required, so that it is possible to significantly reduce the required amount of the expensive insulation coolant.

본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.While this specification contains many features, such features should not be construed as limiting the scope of the invention or the claims. Also, features described in individual embodiments herein may be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features described in a single embodiment herein may be implemented in various embodiments individually, or may be implemented in appropriate combination.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention described above, for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It is not limited by the drawings.

100: 배터리 수용장치 110: 케이스
120: 배터리부 121: 배터리셀
130: 순환펌프 140: 제어부
170: 온도감지부 180: 분배부
181: 수용부 182: 배출공
190: 압력조정밸브 200: 냉각부
210: 순환관 220: 배출관
300: 저장용기 310: 투입관
320: 절연냉각제 공급밸브 410: 소화관
420: 소화약제 공급밸브 500: 소화장치
510: 소화약제 저장용기 520: 가압가스 저장용기
530: 가압관 540: 가압가스 공급밸브100: battery receiving device 110: case
120: battery unit 121: battery cell
130: circulation pump 140: control unit
170: temperature sensing unit 180: distribution unit
181: receiving portion 182: discharge hole
190: pressure control valve 200: cooling unit
210: circulation pipe 220: discharge pipe
300: storage container 310: input tube
320: insulating coolant supply valve 410: fire pipe
420: extinguishing agent supply valve 500: extinguishing device
510: extinguishing agent storage container 520: pressurized gas storage container
530: pressurized pipe 540: pressurized gas supply valve

Claims (14)

내부에 배터리부를 수납하고 절연냉각제를 수용할 수 있는 케이스를 구비하는 배터리 수용장치;
복수의 배터리셀이 적층되는 배터리부;
상기 배터리부 배치 위치의 일측에 구비되어 상기 케이스 내의 절연냉각제를 외부로 배출시키는 순환펌프;
상기 순환펌프와 연결되어 상기 순환펌프 작동시 배출되는 절연냉각제가 유입되는 냉각부;
상기 냉각부에서 냉각되어 배출되는 절연냉각제가 유입되어 수용되는 저장용기;
상기 저장용기로부터 배출되는 절연냉각제가 상기 케이스의 내부로 유입되는 경로에 설치되어 유입로를 개폐하거나 유입량을 조절하기 위한 절연냉각제 공급밸브;
상기 배터리부 또는 상기 케이스 내부 또는 내부의 절연냉각제의 온도를 감지하는 온도감지부; 및
상기 온도감지부로부터 입력되는 온도 감지 신호에 따라, 상기 순환펌프의 동작, 상기 냉각부의 동작, 공급밸브의 개폐 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
a battery accommodating device having a case capable of accommodating the battery unit therein and accommodating an insulating coolant;
a battery unit in which a plurality of battery cells are stacked;
a circulation pump provided at one side of the battery unit arrangement position to discharge the insulating coolant in the case to the outside;
a cooling unit connected to the circulation pump into which an insulating coolant discharged when the circulation pump is operated is introduced;
a storage container in which the insulating coolant cooled and discharged from the cooling unit is introduced and accommodated;
an insulating coolant supply valve installed in a path through which the insulating coolant discharged from the storage container flows into the case to open and close the inflow path or control the inflow amount;
a temperature sensing unit for sensing the temperature of the battery unit or the insulation coolant inside or inside the case; and
Efficiency and safety characterized in that it comprises a; according to the temperature sensing signal input from the temperature sensing unit, the control unit for controlling any one or more of the operation of the circulation pump, the operation of the cooling unit, and the opening and closing of the supply valve Improved battery thermal management.
 제1항에 있어서,
소화약제를 수용하고 있는 소화장치를 더 구비하고,
상기 소화장치로부터 배출되는 소화약제가 상기 케이스의 내부로 유입되는 경로에 설치되어 유입로를 개폐하거나 유입량을 조절하기 위한 소화약제 공급밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
According to claim 1,
Further equipped with a fire extinguishing system accommodating a fire extinguishing agent,
The battery thermal management device with improved efficiency and safety, characterized in that it includes a fire extinguishing agent supply valve installed on the path through which the extinguishing agent discharged from the extinguishing device flows into the inside of the case to open and close the inflow path or control the inflow amount.
 제2항에 있어서,
상기 소화장치는:
소화약제가 수용된 소화약제 저장용기; 및
가압가스가 수용된 가압가스 저장용기;를 포함하여 구성되고,
상기 소화장치로부터 상기 저장용기에 연결되는 가압관; 및
상기 가압관의 경로에 설치되는 가압가스 공급밸브를 더 포함하여 구성되어,
상기 가압가스 공급밸브의 개방시, 상기 소화장치로부터 가압가스가 상기 저장용기 내로 공급되어, 상기 저장용기 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치 내부로 가압되어 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
3. The method of claim 2,
The fire extinguishing system includes:
Fire extinguishing agent storage container containing the extinguishing agent; and
It is configured to include a; pressurized gas storage container in which the pressurized gas is accommodated,
a pressure pipe connected to the storage container from the fire extinguishing device; and
It is configured to further include a pressurized gas supply valve installed in the path of the pressurization pipe,
When the pressurized gas supply valve is opened, pressurized gas is supplied from the fire extinguishing device into the storage container, so that the insulating coolant in the storage container can be supplied by being pressurized into the battery accommodation device. Improved battery thermal management.
 내부에 배터리부를 수납하고 절연냉각제를 수용할 수 있는 케이스를 구비하는 배터리 수용장치;
상기 케이스 내의 절연냉각제를 외부로 배출시키는 순환펌프;
상기 순환펌프와 연결되어 상기 순환펌프 작동시 배출되는 절연냉각제가 유입되는 냉각부;
상기 냉각부에서 냉각되어 배출되는 절연냉각제가 유입되어 수용되는 저장용기;
상기 저장용기로부터 배출되는 절연냉각제가 상기 케이스의 내부로 유입되는 경로에 설치되어 유입로를 개폐하거나 유입량을 조절하기 위한 절연냉각제 공급밸브;
상기 배터리부 또는 상기 케이스 내부 또는 내부의 절연냉각제의 온도를 감지하는 온도감지부; 및
상기 온도감지부로부터 입력되는 온도 감지 신호에 따라, 상기 배터리 수용장치 내의 절연냉각제 수위를 높이거나 낮추는 제어를 하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
a battery accommodating device having a case capable of accommodating the battery unit therein and accommodating an insulating coolant;
a circulation pump for discharging the insulating coolant in the case to the outside;
a cooling unit connected to the circulation pump into which an insulating coolant discharged when the circulation pump is operated is introduced;
a storage container in which the insulating coolant cooled and discharged from the cooling unit is introduced and accommodated;
an insulating coolant supply valve installed in a path through which the insulating coolant discharged from the storage container flows into the case to open and close the inflow path or control the inflow amount;
a temperature sensing unit for sensing the temperature of the battery unit or the insulation coolant inside or inside the case; and
and a control unit that controls to increase or decrease the level of the insulating coolant in the battery accommodating device according to the temperature sensing signal input from the temperature sensing unit.
 제4항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 온도감지부로부터의 감지값이 기준 온도 이상인 것으로 판단되는 경우,
절연냉각제 공급밸브를 개방하거나, 개방율을 더 높이거나,
순환펌프의 절연냉각제 배출을 중단하거나, 배출량을 감소시켜,
상기 배터리 수용장치 내로 유입되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치로부터 배출되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 높아지도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
5. The method of claim 4,
The control unit is:
When it is determined that the value detected by the temperature sensing unit is equal to or higher than the reference temperature,
Open the insulating coolant supply valve, increase the opening rate, or
Stop or reduce the discharge of insulating coolant from the circulation pump,
Efficiency and safety, characterized in that the amount of the insulating coolant introduced into the battery accommodating device is greater than the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device, so that the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device is increased Improved battery thermal management.
 제4항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 온도감지부로부터의 감지값이 기준 온도 미만으로 하강하는 것으로 판단되는 경우,
상기 절연냉각제 공급밸브를 차단하거나, 개방율을 낮추거나,
상기 순환펌프의 절연냉각제 배출을 시작하거나, 배출량을 증가시켜,
상기 배터리 수용장치로부터 배출되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치로 유입되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
5. The method of claim 4,
The control unit is:
When it is determined that the value detected by the temperature sensing unit falls below the reference temperature,
Blocking the insulating coolant supply valve or lowering the opening rate,
By starting the discharge of the insulating coolant of the circulation pump, or by increasing the discharge,
Efficiency and safety, characterized in that the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device is greater than the amount of the insulating coolant flowing into the battery accommodating device, so that the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device is lowered Improved battery thermal management.
 제2항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 저장용기 내에 화재가 발생한 것으로 판단되는 경우,
상기 절연냉각제 공급밸브를 차단하여, 상기 저장용기로부터 절연냉각제가 유입되는 것을 중지하고,
상기 소화약제 공급밸브를 개방하여, 상기 소화장치로부터 소화약제가 상기 배터리 수용장치 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
3. The method of claim 2,
The control unit is:
If it is determined that a fire has occurred in the storage container,
Blocking the insulating coolant supply valve to stop the inflow of the insulating coolant from the storage container,
The battery thermal management device with improved efficiency and safety, characterized in that by opening the extinguishing agent supply valve, the extinguishing agent flows into the battery accommodating device from the extinguishing device.
 제7항에 있어서,
상기 제어부는:
상기 온도감지부로부터의 감지값이 절연냉각제의 기화 온도 이상인 것으로 일정 시간 이상 지속되는 것으로 판단되는 경우,
상기 소화약제 공급밸브를 차단하여 소화약제의 유입을 중단하고,
상기 절연냉각제 공급밸브를 다시 개방하여, 상기 저장용기로부터 절연냉각제가 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
8. The method of claim 7,
The control unit is:
When it is determined that the value detected from the temperature sensing unit is equal to or higher than the vaporization temperature of the insulating coolant, and it is determined to last for a certain period of time or more,
Stop the inflow of the extinguishing agent by blocking the extinguishing agent supply valve,
The battery thermal management device with improved efficiency and safety, characterized in that by opening the insulating coolant supply valve again, the insulating coolant is introduced from the storage container.
 제8항에 있어서,
상기 소화장치는: 소화약제가 수용된 소화약제 저장용기; 및 가압가스가 수용된 가압가스 저장용기;를 포함하여 구성되고,
상기 소화장치로부터 상기 저장용기에 연결되는 가압관; 및 상기 가압관의 경로에 설치되는 가압가스 공급밸브를 더 포함하여 구성되어,
상기 저장용기로부터 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치로 공급되도록 하기 위해,
상기 제어부는:
상기 가압가스 공급밸브의 개방하여, 상기 소화장치로부터 가압가스가 상기 저장용기 내로 공급되어, 상기 저장용기 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치 내부로 가압되어 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리장치.
9. The method of claim 8,
The fire extinguishing system includes: a fire extinguishing agent storage container in which the fire extinguishing agent is accommodated; and a pressurized gas storage container in which the pressurized gas is accommodated; and
a pressure pipe connected to the storage container from the fire extinguishing device; and a pressurized gas supply valve installed in the path of the pressurized pipe,
In order to supply the insulating coolant from the storage container to the battery accommodating device,
The control unit is:
By opening the pressurized gas supply valve, the pressurized gas is supplied into the storage container from the fire extinguishing device, and the insulating coolant in the storage container is pressurized and supplied into the battery accommodating device. Battery thermal management system.
 배터리부를 내부에 수납하는 배터리 수용장치의 케이스 내부로 절연냉각제를 투입하여, 절연냉각제가 배터리부에 직접 접촉되도록 하는 단계;
하강되는 절연냉각제를 순환펌프를 통해 상기 케이스의 외부로 배출시키는 단계;
배출된 절연냉각제를 냉각부에서의 열교환을 통해 냉각시키는 단계;
상대적으로 저온 냉각된 절연냉각제가 배출되어 저장용기 내에 수용되어 보관되도록 하는 단계; 및
제어부의 제어에 따라 상기 배터리 수용장치 내에 수용되는 절연냉각제의 수위를 높이거나 낮추는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법.
injecting an insulating coolant into a case of a battery accommodating device accommodating the battery part therein so that the insulating coolant is in direct contact with the battery part;
discharging the lowered insulating coolant to the outside of the case through a circulation pump;
cooling the discharged insulating coolant through heat exchange in a cooling unit;
A step of discharging the relatively low-temperature cooled insulating coolant to be accommodated in a storage container and stored; and
Increasing or lowering the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device according to the control of the controller; the battery thermal management method with improved efficiency and safety, characterized in that it comprises a.
 제10항에 있어서,
온도감지부를 통해 상기 배터리부 또는 상기 케이스 내부 또는 내부의 절연냉각제의 온도를 감지하는 단계; 및
감지된 온도값이 기준 온도 이상인 것으로 판단되는 경우, 상기 배터리 수용장치 내에 수용되는 절연냉각제의 수위를 일시적으로 높이는 단계;를 포함하여 구성되고,
상기 절연냉각제의 수위를 일시적으로 높이는 단계는:
절연냉각제 공급밸브를 개방하거나, 개방율을 더 높이는 단계, 또는
상기 순환펌프의 절연냉각제 배출을 중단하거나, 배출량을 감소시키는 단계 중 어느 하나 이상의 공정을 통해,
상기 배터리 수용장치 내로 유입되는 절연냉각제의 양이, 상기 배터리 수용장치로부터 배출되는 절연냉각제의 양보다 많아, 상기 배터리 수용장치 내에 수용되는 절연냉각제의 수위가 높아지도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법.
11. The method of claim 10,
Sensing the temperature of the insulating coolant inside or inside the battery unit or the case through a temperature sensing unit; and
When it is determined that the sensed temperature value is equal to or higher than the reference temperature, temporarily increasing the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device;
The step of temporarily increasing the level of the insulating coolant is:
opening the insulating coolant supply valve or increasing the opening rate further; or
Through any one or more processes of stopping the discharge of the insulating coolant of the circulation pump or reducing the discharge amount,
Efficiency and safety, characterized in that the amount of the insulating coolant introduced into the battery accommodating device is greater than the amount of the insulating coolant discharged from the battery accommodating device, so that the level of the insulating coolant accommodated in the battery accommodating device is increased Improved battery thermal management.
 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 배터리 수용장치 내에 화재가 발생한 것을 판단하는 단계; 및
상기 배터리 수용장치 내로 소화약제를 공급하는 단계;를 포함하여 구성되고,
상기 소화약제를 공급하는 단계는:
소화약제 공급밸브를 개방하여, 소화장치로부터 소화약제가 상기 배터리 수용장치 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법.
12. The method of claim 10 or 11,
determining that a fire has occurred in the battery accommodating device; and
Constructed to include; supplying a fire extinguishing agent into the battery accommodating device,
The step of supplying the extinguishing agent is:
The battery thermal management method with improved efficiency and safety, characterized in that by opening the extinguishing agent supply valve, the extinguishing agent flows into the battery accommodating device from the extinguishing device.
 제12항에 있어서,
상기 온도감지부로부터의 감지값이 절연냉각제의 기화 온도 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 것을 감지하는 단계; 및
상기 배터리 수용장치 내의 재발화 차단 단계를 포함하여 구성되고,
상기 재발화 차단 단계는:
상기 소화약제 공급밸브를 차단하여 소화약제의 유입을 중단하는 단계,
상기 절연냉각제 공급밸브를 다시 개방하여, 상기 저장용기로부터 절연냉각제가 다시 유입되도록 하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법.
13. The method of claim 12,
detecting that the sensed value from the temperature sensing unit continues for a predetermined time or longer in a state equal to or higher than the vaporization temperature of the insulating coolant; and
and a re-ignition blocking step in the battery accommodating device,
The relapse blocking step is:
Stopping the inflow of the extinguishing agent by blocking the extinguishing agent supply valve;
and re-opening the insulating coolant supply valve to allow the insulating coolant to flow again from the storage container.
 제13항에 있어서,
상기 저장용기와 연결된 상기 소화장치의 가압가스 저장용기 사이의 가압가스 공급밸브를 개방하는 단계;
상기 가압가스 저장용기의 가압가스가 상기 저장용기 내부로 유입되는 단계; 및
유입된 가압가스에 의해 상기 저장용기 내의 절연냉각제가 상기 배터리 수용장치 내로 가압되며 공급되는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 효율과 안전성이 향상된 배터리 열관리방법.14. The method of claim 13,
opening a pressurized gas supply valve between the storage vessel and the pressurized gas storage vessel of the fire extinguishing device connected to the storage vessel;
introducing the pressurized gas of the pressurized gas storage container into the storage container; and
The method for thermal management of a battery with improved efficiency and safety, characterized in that it comprises a; the step of supplying the insulating coolant in the storage container pressurized into the battery accommodating device by the introduced pressurized gas.
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